發(fā)布時(shí)間：2019-12-01 14:24

【摘要】：廣泛應(yīng)用于臨床的人體留置裝置,如氣管插管、導(dǎo)尿管、胃部插管、假肢裝置等,在長期駐留體內(nèi)的過程中,其表面會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)復(fù)雜的菌膜。菌膜為細(xì)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(duì)于菌膜抑制的研究大多基于藥學(xué)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(duì)于留置體內(nèi)時(shí)間較長(達(dá)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(dǎo)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(shù)具有較好的發(fā)展前景。現(xiàn)階段,超聲導(dǎo)波抑制菌膜形成的相關(guān)聲學(xué)機(jī)理研究仍然不夠深入,例如導(dǎo)波傳播模式、超聲振幅、頻率等與菌膜抑制效果之間的關(guān)系。因此,對(duì)插管表面的聲波傳播模式進(jìn)行深入地分析和研究,評(píng)估不同的超聲參數(shù)對(duì)菌膜抑制的作用,對(duì)于新型置入性導(dǎo)管的開發(fā)有重要意義。論文從兩方面探討超聲對(duì)于細(xì)菌抑制作用的聲學(xué)機(jī)理及應(yīng)用:(1)以臨床廣泛使用的氣管插管作為研究對(duì)象,研究超聲導(dǎo)波的激發(fā)頻率和幅度對(duì)于菌膜抑制效果的影響。首先介紹了超聲導(dǎo)波的傳播理論,明確了插管上導(dǎo)波存在多種傳播模式,并以此為基礎(chǔ)確定了導(dǎo)波激發(fā)的頻率選擇依據(jù);實(shí)驗(yàn)測量了氣管插管的表面振動(dòng),分析了插管上導(dǎo)波衰減大的原因;通過耦合劑的結(jié)合、導(dǎo)波入射角度的改變等優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置,以提高氣管插管表面振動(dòng)幅度,實(shí)驗(yàn)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(dòng)。進(jìn)一步,搭建了一套銅綠假單胞菌菌膜抑制的實(shí)驗(yàn)裝置,研究了不同振動(dòng)幅度的導(dǎo)波對(duì)氣管插管表面菌膜形成過程的抑制效果。結(jié)果表明,應(yīng)用導(dǎo)波后的氣管插管表面菌膜形成時(shí)間明顯延長;在0.5nm-5nm的振動(dòng)幅度范圍內(nèi),振動(dòng)幅度與菌膜抑制效果正相關(guān)。(2)從超聲促進(jìn)抗菌藥物釋放的角度出發(fā),研究超聲增強(qiáng)藥物的滲透。本文選取兩種類抗菌藥物進(jìn)行局部藥物傳遞實(shí)驗(yàn),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(zhì)酸(HA),其具有長鏈狀結(jié)構(gòu),分子量較大,可以模擬真實(shí)環(huán)境下的細(xì)菌及藥物的粘連。通過共聚焦顯微鏡和紫外分光測量,實(shí)驗(yàn)研究了不同的超聲頻率(20kHz、200kHz、643.5kHz、1MHz),不同超聲強(qiáng)度(25kPa、50kPa、75kPa、100kPa),不同作用時(shí)間(5-60分鐘)下的藥物滲透深度和滲透量。結(jié)果發(fā)現(xiàn),超聲可促進(jìn)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(jìn)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(dá)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(jìn)行了超聲導(dǎo)波抑菌的研究,明確了其聲學(xué)機(jī)制是基于導(dǎo)波傳播帶來的機(jī)械振動(dòng),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(guān)系。另一方面,研究了超聲促進(jìn)藥物滲透,特別是引入微泡的空化效應(yīng)可進(jìn)一步促進(jìn)藥物滲透。本論文的研究結(jié)果揭示了超聲對(duì)于菌膜抑制和促進(jìn)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(shù)ｗ，，，0）。本文關(guān)注的內(nèi)容為管狀人體逡逑置入裝置，在此只對(duì)有限長圓管進(jìn)行理論分析。圖２．１為管狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)模型示意圖逡逑對(duì)于這種管狀結(jié)構(gòu)，采用柱坐標(biāo)來分析是合適的，如圖２．１所示，圓管的逡逑軸方向?yàn)椋冢瑑?nèi)徑為ａ，外徑為ｂ，長度從－Ｌ到＋Ｌ。其自由振動(dòng)，，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(shí)物及臨床使用示意圖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）逡逑３．２．２氣管插管的導(dǎo)波計(jì)算理論逡逑為了選取合理的激發(fā)頻率，需耍對(duì)氣管插管的振動(dòng)模式做些計(jì)算。如前一逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R312;O426

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本文編號(hào)：2568397