【摘要】：聲輻射力主要是由于聲波攜帶的動(dòng)量在聲場(chǎng)與微粒間發(fā)生交換,導(dǎo)致聲場(chǎng)中的微粒受到力的作用,該力可以用于無(wú)損、非接觸操控微粒,是超聲給藥、聲操控等技術(shù)的物理基礎(chǔ),這些技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程、微加工等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。聲場(chǎng)形態(tài)是影響聲輻射力性能的主要因素之一。因此,在醫(yī)學(xué)超聲中研究各種超聲聲場(chǎng)形態(tài)下的聲輻射力,可以為實(shí)現(xiàn)超聲給藥,獲得優(yōu)化聲操控技術(shù)提供理論支持。自由超聲聲場(chǎng)中,如平面波場(chǎng)、駐波場(chǎng)、Bessel束等,物體所受到的聲輻射力已經(jīng)得到了廣泛的理論和實(shí)驗(yàn)研究。然而,受解析計(jì)算方法限制,迄今為止,復(fù)雜聲場(chǎng)(無(wú)法解析表達(dá))中物體所受到的聲輻射力的相關(guān)研究還是寥寥無(wú)幾。本文利用時(shí)域有限差分法并結(jié)合動(dòng)量張量方程研究單縫附近微粒受到的聲輻射力,發(fā)現(xiàn)在單縫發(fā)生法布里—珀羅(Fabry-Perot,FP)共振效應(yīng)時(shí),微粒能夠受到較強(qiáng)的吸引力作用,并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)觀察到了該現(xiàn)象。本文的具體研究?jī)?nèi)容如下：理論仿真上,首先采用二維時(shí)域有限差分(FDTD)方法研究單縫結(jié)構(gòu)的透射率及場(chǎng)分布,然后結(jié)合應(yīng)力動(dòng)量張量方程研究單縫表面鋼圓柱受到的聲輻射力。理論仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn),在單縫透射增強(qiáng)頻率處,即：FP共振效應(yīng)處,圓柱在縫表面所受到的聲輻射力為吸引力,方向指向聲源,且強(qiáng)度大于鋼柱在自由超聲聲場(chǎng)中所受到的聲輻射力(方向遠(yuǎn)離聲源)。此外,還仿真研究了縫寬、縫厚、鋼柱與距縫距離等參量對(duì)鋼柱聲輻射力的影響。實(shí)驗(yàn)上,研究了100KHz超聲聲場(chǎng)環(huán)境下,直徑為1.5mm鋼球在厚度為5mm,寬度可以調(diào)控的單縫表面的運(yùn)動(dòng)特征。結(jié)果表明：在自由超聲場(chǎng)中(不加單縫結(jié)構(gòu)),微粒會(huì)受到與超聲聲波傳播方向相同的聲輻射力,微球的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檫h(yuǎn)離聲場(chǎng)；在有微縫結(jié)構(gòu)(單縫寬度為2mm),在微縫發(fā)生FP共振時(shí),單縫表面的微粒會(huì)受到吸引力的作用,微球的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榭拷鼏慰p。綜上,本論文從理論仿真和實(shí)驗(yàn)上系統(tǒng)研究了微粒在單縫表面受到的聲輻射力,發(fā)現(xiàn)在單縫發(fā)生FP共振時(shí),其表面能夠吸引微球。該研究成果可為單縫(復(fù)雜聲場(chǎng))操控微粒提供理論支持和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：R445.1
【圖文】：

從載體中的釋放，并對(duì)其影響因素做了討論。隨后Ｊａｒｅｄ邋Ｌ．ＮｅｌｓｏｎＷ等在大鼠模型中利逡逑用低頻超聲將腫瘤細(xì)胞中的抗癌藥物釋放，并發(fā)現(xiàn)超聲對(duì)藥物進(jìn)入肝痛細(xì)胞過(guò)程起到了逡逑一定的協(xié)助作用，其給藥過(guò)程如圖１．１所示Ｗ。逡逑超聲給藥過(guò)程分為兩步：首先對(duì)微納米藥物顆粒進(jìn)行控制，也就是將微納米藥物顆逡逑粒在定點(diǎn)部位聚集，其次將聚集在定點(diǎn)部位的微納米藥物顆粒擊碎，使其釋放藥物，提逡逑高了局部的藥物濃度，從而達(dá)到了良好的治療效果。超聲定點(diǎn)給藥比起傳統(tǒng)的給藥方法，逡逑它具有減少全身藥物用量、提高局部藥物的濃度、增強(qiáng)藥物的療效、降低藥物對(duì)全身正逡逑常姐織毒副作用等優(yōu)點(diǎn)。逡逑＇＼邋＼＼逡逑圖１．１超聲給藥過(guò)程逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ邋ｄｒｕｇ邋ｄｅｌｉｖｅｒｙ逡逑目前，科學(xué)家針對(duì)如何將藥物運(yùn)輸?shù)蕉c(diǎn)部位這一問(wèn)題，提出了微納米粒子操控技逡逑術(shù)，有基于物理學(xué)的方法：外磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁力操控微粒Ｗ如圖１．２（ａ）所示、利用流體流逡逑－１邋－逡逑

圖２．２程序調(diào)試界面逡逑＇：？＇逡逑ＦｉT(mén)B．２．２邋Ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ逡逑．２有限元法逡逑有限元計(jì)算方法是一種數(shù)值方法解偏微分方程，有限元計(jì)算方法是一種高效，，。

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本文編號(hào)：2731482