【摘要】：廣泛應用于臨床的人體留置裝置,如氣管插管、導尿管、胃部插管、假肢裝置等,在長期駐留體內的過程中,其表面會產生結構復雜的菌膜。菌膜為細菌抵抗外部惡劣環(huán)境(如抗生素)提供了屏障,成為醫(yī)療感染的主要因素之一。目前臨床上對于菌膜抑制的研究大多基于藥學和生化原理,如使用抗菌塑料或在留置插管裝置表面增加藥物涂層(銀納米顆粒、抗生素、水凝膠等),這些方法在一定程度上抑制了菌膜的形成;但對于留置體內時間較長(達幾十天)的氣管插管,藥物涂層效果的持久性面臨很大的挑戰(zhàn),一旦菌膜形成,藥效將明顯降低。超聲導波具有沿管狀表面長距離傳播的特性,以其作為一種表面菌膜抑制的新技術具有較好的發(fā)展前景�，F(xiàn)階段,超聲導波抑制菌膜形成的相關聲學機理研究仍然不夠深入,例如導波傳播模式、超聲振幅、頻率等與菌膜抑制效果之間的關系。因此,對插管表面的聲波傳播模式進行深入地分析和研究,評估不同的超聲參數對菌膜抑制的作用,對于新型置入性導管的開發(fā)有重要意義。論文從兩方面探討超聲對于細菌抑制作用的聲學機理及應用:(1)以臨床廣泛使用的氣管插管作為研究對象,研究超聲導波的激發(fā)頻率和幅度對于菌膜抑制效果的影響。首先介紹了超聲導波的傳播理論,明確了插管上導波存在多種傳播模式,并以此為基礎確定了導波激發(fā)的頻率選擇依據;實驗測量了氣管插管的表面振動,分析了插管上導波衰減大的原因;通過耦合劑的結合、導波入射角度的改變等優(yōu)化實驗裝置,以提高氣管插管表面振動幅度,實驗發(fā)現(xiàn)可將氣管插管的衰減降低15-20dB,氣管插管表面能夠獲得大于5nm的振動。進一步,搭建了一套銅綠假單胞菌菌膜抑制的實驗裝置,研究了不同振動幅度的導波對氣管插管表面菌膜形成過程的抑制效果。結果表明,應用導波后的氣管插管表面菌膜形成時間明顯延長;在0.5nm-5nm的振動幅度范圍內,振動幅度與菌膜抑制效果正相關。(2)從超聲促進抗菌藥物釋放的角度出發(fā),研究超聲增強藥物的滲透。本文選取兩種類抗菌藥物進行局部藥物傳遞實驗,一是納米熒光微球(與銀納米抗菌藥物在尺度上具有可比性),二是醫(yī)用透明質酸(HA),其具有長鏈狀結構,分子量較大,可以模擬真實環(huán)境下的細菌及藥物的粘連。通過共聚焦顯微鏡和紫外分光測量,實驗研究了不同的超聲頻率(20kHz、200kHz、643.5kHz、1MHz),不同超聲強度(25kPa、50kPa、75kPa、100kPa),不同作用時間(5-60分鐘)下的藥物滲透深度和滲透量。結果發(fā)現(xiàn),超聲可促進藥物滲透,包括透入深度和濃度。較低的超聲頻率能得到較好的透藥效果,但藥物的透入深度很難超過200um。進一步采用微泡(超聲造影劑)提高空化作用,發(fā)現(xiàn)使用643.5kHz的超聲頻率透藥效果最好,透入深度能達到500um以上,熒光粒子的滲透量提高了 3-5倍,HA的滲透量提高了 7-8倍。論文一方面進行了超聲導波抑菌的研究,明確了其聲學機制是基于導波傳播帶來的機械振動,并分析了原型裝置的傳播模式、頻率、振幅等與抑菌效果的關系。另一方面,研究了超聲促進藥物滲透,特別是引入微泡的空化效應可進一步促進藥物滲透。本論文的研究結果揭示了超聲對于菌膜抑制和促進抗菌藥物滲透方面的有效性,為臨床抗菌提供了新的物理方法,有利于新型醫(yī)用器械的開發(fā)。
【圖文】：

２．３空也圓管的本征頻率與本征位移逡逑接下來xO究本征頻率Ｗ。，和本征函數ｗ，，，0）。本文關注的內容為管狀人體逡逑置入裝置，在此只對有限長圓管進行理論分析。圖２．１為管狀結構模型示意圖。逡逑－Ｌ邐＋Ｌ逡逑廣逡逑Ｊ邐ａ邋ｂ逡逑＇邐’■逡逑＇……ｆｉｒｎｍｉｉ／／！／…ｕｎｆｉｍｎｎ／ｉｉ／／…逡逑圖２．１用于理論分析的管狀結構模型示意圖逡逑對于這種管狀結構，采用柱坐標來分析是合適的，如圖２．１所示，圓管的逡逑軸方向為Ｚ，內徑為ａ，外徑為ｂ，長度從－Ｌ到＋Ｌ。其自由振動，，受控Ｔ？下而逡逑的齊次Ｎａｖｉｅｒ方程，逡逑Ｖ邋？邋Ｖ邋？邋Ｍ邋＋邋ｃ；．Ｖ邋Ｘ邋Ｖ邋Ｘ邋Ｍ邋＋邋ａｒｕ邋＝邋０邐口－３６）逡逑１９逡逑

圖３．１人體氣管插管實物及臨床使用示意圖（圖片來源于網絡）逡逑３．２．２氣管插管的導波計算理論逡逑為了選取合理的激發(fā)頻率，需耍對氣管插管的振動模式做些計算。如前一逡逑
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R312;O426

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本文編號：2568397