的毒副作用，有效的提高了局部的药物浓度，增强了治疗效果，具有潜在的和重要的应用前景。最近，熊平教授制备了种新型的可定位治疗肿瘤的药物顺磁纳米铁核素。这种顺磁纳米铁核素的平均粒径，具有超顺磁性较好的放射性活度和磁导向功能，可有效定位于靶区。由此，有可能改变传统的肿瘤放化疗方法。本文的研究目的在于通过对在外磁场引导下的靶向聚集特性的研究，探索出套可适用于实体肿瘤靶向治疗的药物靶向定位系统。本文根据磁性载药微粒在磁场中受的磁引导力主要与磁场的强度和梯度有关的特点，在比较了圆形电流磁场亥姆霍兹线圈磁场和圆柱形永磁场的梯度及强度分布特点后，采用圆柱形永磁体的引导磁场，考虑药物在人体微血管中主要受到引导磁场的磁引导力和血流拖曳力的作用，我们数值研究了微血管中单个的粒子和包裹有药物的微粒在引导磁场作用下的聚集及动力学运动行为。研究结果表明，药物能在病灶附近聚集。另外，通过定义收集率，我们还分析了磁性药物本身的性质，如粒径大小药物中的磁性成分的含量等肿瘤部位的性质，如肿瘤的深度，血流速度和血管的直径等对药物的收集率的影响。这些因素将直接影响到顺磁纳米铁核素靶向治疗的效果，本文的研究结论将为的临床应用提供有益的理论依据。论文分为四章，第章主要介绍了磁性药物靶向治疗概况现状和发展前景。第二章比较了圆形电流磁场亥姆霍兹线圈磁场和圆柱形永磁体磁场的梯度及强度的分布特点。第三章采用了圆柱形的引导磁场，数值研究了包裹有顺磁纳米铁核素的药物微粒在引导磁场作用下的聚集及动力学运动行为。第四章对全文进行总结和展望。关键词顺磁纳米铁核素放射性靶向治疗磁场收集率，作用时间以及外磁场的类型等肿瘤部位的性质，如血管分布通透性肿瘤部位离磁场的距离肿瘤部位离给药部位的距离等。最近，徐华，宋涛等根据三维有限元电磁场计算软件的仿真和计算，自制出实验所需的产生高梯度磁场的永磁磁体。体外模拟人体血管系统，检测不同流速状态不同磁场强度和梯度下磁流体在磁区的滞留率，研究影响磁流体滞留的主要因素简化磁粒受力模型，理论研究磁流体的流体动力学，并提出种理论估算磁流体在靶区的滞留率的方法。实验结果表明理论分析和实验结果基本吻合，磁流体在靶部位的滞留率主要和磁粒的大小磁粒的磁化强度载液的流速外加磁场强度和梯度有关。熊平等利用旋转磁场的计算数学模型及计算公式和顺磁纳米铁核素受力特点与靶向治疗的原理，利用软件对在旋转磁场作用下的行为进行计算机编程计算，由计算结果绘制出磁场的分布曲线。计算结果表明在该引导磁场作用下，能被靶向到靶区，为实现顺磁纳米铁核素靶向治疗肿瘤的临床研究奠定了基础。等人提出的方法中，通过外科手术预先在体内病灶附近埋植细小的铁磁体铁磁线，铁磁环等，磁化后的细小磁体在其附近产生个附加的局部较强的磁场。因此，增大了对磁性药物微粒的保持力，。等人通过建立物理模型，定义聚集效率为在血管中流动而靠近颈动脉壁到达指定地带细铁磁线周围倍于磁线半径区域的流线数占总流线的百分比。比较三种不同的外加定位磁场模式下，如下图所示，永磁体磁场加埋植细铁磁线单独的永磁体磁场均匀磁场加埋植细铁磁线三种不同的血流速个心动周期的三个不同时刻所对应的血流速度条件影响下，用模拟出颈动脉附近血流影响下磁性载药颗粒的聚集特性。由图和可得以下结论对于三个磁性药物靶向系统系统来说，随的尺寸和单个粒子中磁性物质的重量比，的增大而增大磁性力不但与磁场强度和磁场梯度成有关，同时还与，有关，大的尺寸和高的，都会增大磁力矩从而增大聚集力当的尺寸很大而且，很高的条件下，的可能达到小于时，的尺寸较小而，也较低的范围显著的依赖于系统，由于外加磁场量级都相同，三种系统在产生磁场梯度的能力方面较其余两个要弱而和系统在产生磁场梯度方面几乎样，标志出永磁体形状对磁场梯度的形成有重要的作用，总而言之胜过，更胜过系统。图用模拟的三种引导磁场模式下的运动轨迹图单个粒子中磁性物质的重量比，定时的半径与的关系的半径定时，与的关系图中系统的曲线在为时出现个独特的斜坡，原本随磁性粒子半径和单个粒子中磁性物质的重量比，的增大呈线性规律增长到点，然后突然的变为斜坡，随和，特别是随小幅度的增长而急速增大，这是由速度的层流中间速度大而靠近管壁速度为分布引起的，旦达到，基于的定义流线的百分比，磁引导力的影响已经达到动脉的中心，此处已达到最大的速度，磁引导力旦突破这个中心地带，流速较低的粒子必然会急剧的被吸引从而会急剧的增大。综上所述，可知磁性载药颗粒在磁场定位下具备有良好的聚集性，当其他条件相同时磁性载药颗粒在三种磁场定位模式下聚集效率具有胜过，更胜过，即单独的永磁体磁场模式优越于均匀磁场加埋植细铁磁线模式永磁体磁场加埋植细铁磁线模式又优越于单独的永磁体磁场模式证实了埋植的细小铁磁线能使铁磁性药物微粒在靶区的更加富集。从上面分析可定性验证影响磁性载药颗粒聚集的因素除了血流速度磁性物质含量外，还有磁场梯度也是其中个重要原因。外加均匀磁场而将细小铁磁粒直接埋植到毛细血管中，也得到了类似的振奋人心的结果。通过建立对应的物理模型用软件模拟出磁性药物微粒在血管内的运动轨迹，定义俘获截面为在毛细血管中被铁磁粒俘获的流线宽度与铁磁粒直径的比值。得到了以下图的结论。图影响磁性载药微粒俘获截面的因素与磁性物质重量比，的关系与磁性微粒半径的关系与血流速度的关系磁性物质成分的关系图中给出了影响磁性载药微粒俘获截面的主要因素磁性载药粒子的俘获截面总是随外加磁场强度的增加而增大，磁性载药粒子中磁性物质重量比，的增大有助于俘获，图在磁场作用下，磁容量在时俘获截面可达，即当埋植的磁性粒的半径为微米是时，血管中往两侧有微米范围为内的微粒都被俘获。相对于毛细血管的线度几微米来说，意味着所有在血管中的粒子全部被俘获。图和表明，随磁性载药微粒半径的增加和血流速度的减小，俘获截面增大，在为时俘获截面甚至可达。流速为时俘获截面最大可达。磁性物质成分的不同引起俘获截面不同，图中的比较了当磁性载药微粒中的磁性物质分别由四种不同饱和磁化强度的磁性物质铁磁矿，组成时对俘获截面的影响，说明随饱和磁化强度的增大，物质的磁性更强，所以俘获效率更高。等在血管内植入单个或多个磁性固定膜在外加磁场下产生高梯度磁场，从而分析了磁性载药颗粒的聚集情况比较得出对于用单纯外加磁场的传统的磁性药物靶向系统，在对体内几厘米深的地方靶向是不能达到的，而用方法辅助的系统，外磁场强度约为就能在任何速度条件的血流作用下，满足聚集磁性粒子的要求再加大时俘获会出现极值，其原因是此时磁性粒子磁化已达饱和，当磁场强度再增大时不会引起磁引导力的进步增大，此时，要增大收集率就得依靠磁场梯度的增加了。最近，等研究了铁磁性药物颗粒在由超导体钐钡铜和钇钡铜产生的强磁场作用下的靶向性得到非常有意义的启示，超导体的磁场梯度比起永磁体磁场来说其梯度大大增强。等，和等分别研究的磁性药物靶向系统中所用到的磁场梯度般是在，还有许多文献中运用电磁体或永磁体磁场时其梯度为，他们的工作都显示出当磁体靠血管很近时，对磁性载药微粒能聚集。实际应用中显示要聚集随血流运动时的的磁性载药微粒，其磁场梯度至少应为，而超导体的磁场梯度在，所以超导体的磁场为磁性药物的靶向治疗开辟了条新的路径。从图中我们也可以看到超导体比永磁体磁场磁场梯度要大大增强，在离磁体表面的地方，超导体的磁场梯度比永磁体磁场的磁场梯度要大倍左右，这么大的差别意味着的磁性载药微粒在血流速度为的条件下也能有效靶向了。图超导体与永磁体磁场磁场梯度的比较靶向性研究的动力学模拟结果在定程度上反映出磁性粒子的靶向性和影响其靶向性的因素，从而为靶向治疗的临床应用提供了定的理论依据。尽管现在关于磁场靶向性的研究受到磁体可用的磁性材料和磁场设计等方面的限制，研究进展缓慢，但是随着材料学纳米技术的不断进步，总会找到突破的方法。小结靶向治疗的磁性药物因具有独特的磁场靶向可控性而应用广泛，与现代科学技术相结合则更显示出其优越性。从文献调研中我们发现磁性药物靶向治疗的研究还有待进步的开展何种给药途径容易使药物到达靶部位，同时减少网状内皮系统的清除针对不同部位和不同肿瘤，外加多大磁场强度载体粒径多大才能吸引磁性纳米颗粒到达靶部位磁性药物靶向治疗在人体内的药物动力学磁流体动力学药物的毒性药物注射的途径药物的可释放性等均需进步的研究如何降低生产成本，制备最优的粒径，磁化率高的微粒，使治疗变得简单而易于推广采用何种磁场装置才能对具有定深度的肿瘤进行治疗，需进步的探索目前有关磁性药物靶向治疗的研究大多处于动物实验研究和仿真模拟阶段，用于临床研究的不多，但我们相信，随着电磁学医学生物学药学的进步结合，在不久的将来会应用于临床上广泛造福于人类。分类号密级编号硕士学位论文外磁场引导下顺磁纳米铁核素靶向输运特性的数值模拟研究生姓名陈铀指导教师姓名职称郭萍教授学科专业名称核技术及应用研究方向核技术在生物医学中的应用年月南华大学学位论文原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名年月日南华大学学位论文版权使用授权书本人同意南华大学有关保留使用学位论文的规定，即学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以编入有关数据库进行检索，可以采用复印缩印或其它手段保留学位论文学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。对于涉密的学位论文，解密后适用该授权。作者签名导师签名年月日年月日目录摘要第章绪论引言磁性靶向给药系统磁性药物载体引导磁场定位装置磁性药物微粒的靶向聚集小结第二章引导磁场的分布磁引导力几种典型的引导磁场的空间分布圆电流引导磁场亥姆霍兹线圈引导磁场圆柱形永磁体引导磁场小结第三章微血管中药物载体的靶向聚集特性研究药物微粒的靶向治疗模型靶向输运动力学原理分析结果和讨论数值模拟的相关参