论文部分内容阅读
基于梯度磁场力实现磁性微/纳米粒子靶向运动的磁操纵技术在药物靶向治疗、基因转染和生物目标分离等领域具有广阔的应用前景。然而,在外加磁场作用下,磁性微粒除了受到因外加磁场梯度而产生的梯度磁场力外,会在微粒间产生磁相互作用力进而发生磁团聚现象,从而会对粒子的靶向行为产生一定的影响。现有的研究更多的仅考虑单一梯度磁场力作用模式下的粒子运动行为,而对磁场(尤其是梯度磁场)作用下的团聚现象及其对靶向行为的影响方面并没有引起足够的重视。基于此,本文拟重点开展磁场作用下磁性粒子的团聚行为数值分析、梯度磁场下磁性微粒团聚现象对靶向行为影响等方面的研究。磁场作用下磁性微粒的团聚行为数值研究方面,本文建立了磁场和流场共同作用下的磁性微粒的流固耦合动力学模型,通过采用张量-有限元法(Stress Tensor and Finite Element Method,ST-FEM)法来计算团聚过程中磁性微粒所受的磁场作用力和流场作用力,大幅度地提高了求解精度,可用于分析磁性微粒在团聚过程中的动力学特性。本文首先分析了基于张量法的计算磁场作用力和流场作用力的原理,然后验证该方法的可行性,最后使用COMSOL有限元软件建模仿真并根据仿真结果分析了磁性微粒的团聚特性。梯度磁场下磁性微粒团聚现象对靶向行为影响研究方面,本文对比分析了两种永磁体(在磁性溶液区域产生的磁场分别为x轴负方向和y轴正方向)作用下磁性粒子的动力学行为,揭示了团聚行为对靶向行为的潜在影响。研究内容包括:(1)两种永磁体模型下磁性微粒的受力分析;(2)通过对上述两种模型进行COMSOL有限元软件建模仿真,揭示了两种模型下的磁场分布和梯度力方向,定性分析了磁性微粒的团聚及运动特性;(3)通过使用蒙特卡罗方法模拟在上述模型下的磁性微粒的团聚及运动特性;(4)分别对两种模型进行实验研究,验证了(1)(2)中对磁性微粒行为的预测,分析了不同磁场作用下磁性微粒团聚及行为特性的异同,为提高药物靶向输运和磁转染效率提供实验依据。