超聲作用下包膜微氣泡的動力學研究

《超聲作用下包膜微氣泡的動力學研究》是依託南京大學，由陳偉中擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超聲作用下包膜微氣泡的動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳偉中
• 依託單位：南京大學

項目摘要

在聲空化泡動力學研究的基礎上，發展超聲驅動包膜微氣泡（超聲造影劑）的成像技術，研究聲場中包膜微氣泡的動力學特徵，及其對驅動超聲的參數相關性。具體擬通過頻閃照明積分成像和條紋相機拍攝氣泡直徑的條紋圖兩種途徑，實現對超聲驅動包膜微氣泡的精確測量。頻閃照明積分成像的關鍵是產生10-20ns的鎖相同步雷射脈衝和足夠靈敏的成像相機，可望得到周期採樣率100的系列二維氣泡圖像；而條紋相機拍攝的關鍵是對脈動的包膜微氣泡實現空間定位，得到ps級時間解析度的一維氣泡演化圖像。通過兩種測量的互補，可望得到精確的包膜微氣泡的動力學演化數據。變化驅動超聲的頻率和幅度，重複測量，可以得出聲場中包膜微氣泡的動力學特性的參數相關性。基於豐富的實驗數據，建立包膜氣泡的動力學模型，通過數值外推，得到氣泡破裂的臨界條件，為超聲靶向給藥和基因傳遞提供理論基礎。

結題摘要

在聲空化泡動力學研究的基礎上，發展了一種超聲驅動包膜微氣泡（超聲造影劑）的成像技術，即，數字鎖相積分成像技術。獲得了高時間解析度的包膜微氣泡在高頻超音波驅動下的一系列顯微照片。對於1MHz超音波驅動下的SonoVie造影劑包膜微氣泡，一個脈動周期，可以獲得38幀高清晰度的照片。相比10MHz高速相機的成像結果，時間解析度提高了4倍。由於採用積分技術，圖像質量也顯著提升。高時間解析度的包膜微氣泡半徑時間序列，允許我們對半徑演化過程進行頻譜分析。結果顯示，包膜微氣泡脈動幅度最大的是驅動超聲的1/2次諧波模態。同時，驅動超聲的高次諧波和次諧波均有較大的幅度，展示了運動的非線性特徵。同時，利用我們的半徑演化數據，還可以用來甄別眾多的氣泡動力學模型的適用性。在理論上，考慮到超聲造影劑在靶向給藥方面存在潛在套用，我們提出了一個非球形的包膜微氣泡動力學模型，傳統的球形模型只是模型的一個特例。我們在非球形包膜微氣泡模型框架里，數值研究了包膜氣泡的脈動特徵和破裂條件。結果顯示，包膜薄處的脈動幅度遠大於包膜厚處，非球對稱的包膜結構導致了微氣泡不能承受大的驅動聲壓，即，非球形包膜厚度分布影響了微氣泡的抗聲壓能力。