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植入永磁支架的可渗透微血管内磁性药物靶向输运的理论模型及捕获率研究

王长宝  
【摘要】:磁性药物靶向是将磁性药物粒子通过口服或注射的方式送至血管内,并使其在磁场装置的作用下在病灶区集聚的一种癌症治疗方法。磁性药物靶向技术的关键问题是如何提高药物粒子在靶部位癌细胞处的聚集程度,从而减轻抗癌药物对正常细胞、组织的毒副作用,达到增强疗效的目的。本文针对微血管中的磁性药物靶向输运问题建立了两个理论模型。其中,模型一将微血管视为可渗透的刚性圆柱直管,微血管内的血液视为由血浆、刚性红细胞颗粒组成的两相流体,基于两相混合流体、渗流力学和输运理论,研究了磁性药物粒子在永磁材料支架作用下的靶向输运。在此模型中,考虑了两相界面之间的动量交换效应、红细胞分布效应、血管壁渗透效应以及药物粒子与红细胞之间的弹性碰撞效应,利用Navier-Stokes方程建立了微血管内两相流体运动控制方程,并考虑了微血管壁渗透及组织液流动对血管内血液流动的影响;同时,采用Boltzmann方程描述药物粒子在微血管内的随机运动状态。通过对模型方程的无量纲化、离散化、迭代求解,得到了血浆压力及流速分布、磁场力分布、药物粒子分布、不同参数下的捕获率等。结果表明:药物粒子捕获率随着磁感应强度的增大呈非线性增加;血浆速度增加则会使得捕获率迅速减小;捕获率随药物粒子半径增加呈近似线性递增;而血管壁渗透性越强则越有利于载药粒子的聚集。模型二考虑了红细胞的变形,将其视为生物膜泡,利用生物膜泡的曲面弹性理论给出了红细胞形状方程;血浆在红细胞与渗透微血管内壁间流动,采用润滑理论建立了血浆压力控制方程;再结合上一模型中的组织液压力控制方程、Boltzmann方程,从而研究了在红细胞可变形情况下的磁性药物靶向输运。通过数值方法求解模型方程,得到的数值结果表明:血管半径越大,红细胞形变程度越小,药物粒子捕获率越小;而渗透参数越大,红细胞越不容易变形,捕获率则越高;红细胞速度增大会使得红细胞发生更大变形,捕获率降低;红细胞膜的弯曲刚度越大,显然其变形能力就越小,捕获率越高;红细胞膜的表面张力越大,其变形程度越大,药物粒子的捕获率越低。


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