多层膜磁性微泡的非线性声振动特性

超顺磁性氧化铁纳米粒子与造影剂微泡结合形成磁性微泡,用于产生多模态造影剂,以增强医学超声和磁共振成像.将装载有纳米磁性颗粒的微泡包膜层看作由磁流体膜与磷脂膜组合而成的双层膜结构,同时考虑磁性纳米颗粒体积分数a对膜密度及黏度的影响,从气泡动力学基本理论出发,构建多层膜结构磁性微泡非线性动力学方程.数值分析了驱动声压和频率等声场参数、颗粒体积分数、膜层厚度以及表面张力等膜壳参数对微泡声动力学行为的影响.结果表明,当磁性颗粒体积分数较小且a≤0.1时,磁性微泡声响应特性与普通包膜微泡相似,微泡的声频响应与其初始尺寸和驱动压有关;当驱动声场频率f为磁性微泡共振频率f0的2倍(f=2f0)时,微泡振动失稳临界声压最低;磁性颗粒的存在抑制了泡的膨胀和收缩但抑制效果非常有限;磁性微泡外膜层材料的表面张力参数K及膜层厚度d也会影响微泡的振动,当表面张力参数及膜厚取值分别为0.2—0.4 N/m及50—150 nm时,可观察到气泡存在不稳定振动响应区.     

自建光声超声双模态成像系统的肿瘤成像分析

现有B超成像可以提供基于声阻抗差异的组织解剖结构信息,而近年来研究发现,光声成像可以提供标记组织成分的分布和功能信息。本文基于商用B超仪和脉冲激光系统建立了光声超声双模态成像系统,实现了超声组织结构成像和光声生物功能的同时成像。首先基于血红蛋白在某些波段的较强吸光性,实现了肿瘤内部组织血管灌注图像;其次用链接有靶向抗体的纳米颗粒作为靶向光声造影剂,对恶性肿瘤边缘和内部的血管以及血管附近的肿瘤组织进行了成像。最终,通过超声和光声的融合图像提供的肿瘤结构信息与光声图像提供的肿瘤功能信息,可以准确识别肿瘤组织。     

磁性纳米颗粒膜的微磁学模拟

用微磁学方法对磁性纳米颗粒膜的磁特性进行了模拟，采用的模型是由122个磁性纳米颗粒组成的面心立方(fcc)结构体系.结果表明：在该体系中，偶极相互作用对体系的静态磁结构的影响显著，而交换相互作用的影响表现不明显.在此基础上，本文还采用有效媒质理论计算分析了磁性合金颗粒不同体积比时颗粒膜的磁谱和表征电磁参量发生显著变化的逾渗现象和逾渗阈值.并完成了对高磁损耗磁性纳米颗粒膜的材料设计. 关键词： 微磁学 纳米颗粒膜 逾渗阈值 磁导率 材料设计     

纳秒脉冲激光特性对金纳米球光声响应的影响

由于局部表面等离激元共振现象,金纳米颗粒具有显著的光热效应,而近年来随着人们对精准医疗和非介入性组织成像的需要,作为纳米颗粒光热衍生效应的金纳米颗粒光声效应得到了人们的广泛关注.金纳米颗粒自身特性对其光声效应的影响目前已经得到一定的研究,而对于脉冲激光特性对其光声效应的影响尚缺乏深入探讨,因此,本文对金纳米球在不同脉冲...     

基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术

超声/光声双模态成像技术因其同时兼具超声的高分辨率结构成像和光声的高对比度功能成像优势,极大地推动了光声成像技术的临床应用推广.传统超声/光声双模态成像技术多基于超声成像所用阵列探头同时收集光声信号,系统结构紧凑且无需图像配准,操作便捷.但该类设备使用阵列探头和多通道数据采集,使得其成本较高;且成像结果易受通道一致性差异影响.本文提出了一种基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术,该技术采用单个超声换能器结合一维声学扫描振镜进行快速声束扫描,实现超声/光声双模态成像,是一种小型化、低成本的双模态快速成像技术.本文开展了系列仿体和活体成像研究,实验结果表明:系统有效成像范围为15.6 mm,超声和光声成像B扫描速度分别为1.0 s^–1和0.1 s^–1 (光声成像速度主要受制于脉冲激光器重复频率).基于本文所提技术研究,有助于进一步推动超声/光声双模态成像技术的临床转化和普及;也为基于超声信号检测的多模态成像技术提供了一种低成本、小型化和快速声信号检测的参考方案.     

超声造影剂微气泡的包膜黏弹特性的定量表征研究

包膜黏弹特性显著影响微气泡超声造影剂的诊断及治疗应用效果. 本文结合原子力显微镜技术及声衰减特性测量提出了一种对微气泡造影剂包膜黏弹特性定量表征的新方法. 首先采用原子力显微镜技术进行机械特性分析得到包膜微气泡的有效硬度及体弹性模量; 然后测量声衰减特性, 基于微气泡动力学理论, 计算包膜微气泡的体黏度系数. 为验证方法的有效性, 实验制备了直径为1-5 μm的白蛋白包膜微气泡造影剂, 原子力显微镜测量的有效硬度和体弹性模量分别为0.149±0.012 N/m和8.31±0.667 MPa, 并与粒径无关. 声衰减特性测量和动力学理论拟合的包膜微气泡的体黏度系数为0.374±0.003 Pa·s. 该方法可推广至其他种类包膜微气泡的黏弹特性表征, 对超声造影剂的制备及其诊断和治疗应用有积极意义.     

H-22细胞声孔效应的应力阈值

理论和实验研究了超声空化场中的H-22型肝癌细胞产生可逆声孔效应的剪应力阈值.本文用1.37 MHz的聚焦声场,当超顺磁性纳米氧化铁在细胞悬液中的终浓度为410 μg/mL,换能器负载电功率为2 W,超声辐照60 s,细胞存活率90%以上时,有45.9±13.5%的细胞显示普鲁士蓝染阳性,暗示超声作用下,这些细胞表面曾出现可逆性微孔而使磁性微粒由此进入细胞内.利用无界自由空间微泡运动方程的球对称稳态解对实验条件下细胞膜表面的切变应力进行数值估算,结果表明,使H-22细胞产生可逆性声孔效应的微流剪应力阈值为697 Pa. 关键词： 声孔效应 磁性标记 微流 剪应力     

基于动态有机钆纳米颗粒的T1-T2双模态MRI造影剂

本文设计、合成并测试了一种新型的基于有机钆纳米颗粒的磁共振成像（MRI）造影剂.以1, 2-氨基硫醇与氰基的缩合反应为基础,成功合成了粒径在8~23 nm范围内的有机钆纳米颗粒.该有机钆纳米颗粒作为磁共振造影剂时,随着时间的推移,其纵向弛豫率逐渐减弱,横向弛豫率先增强后逐渐减弱,这与钆纳米颗粒粒径增大有关.有机钆纳米颗粒同时存在随时间变化的纵向弛豫和横向弛豫,表明它有望成为一种先进的T₁-T₂双模态MRI造影剂.     

磁流体制备及性质研究

采用化学共沉淀法制备了纳米Fe3O4磁性颗粒,将其均匀分散在载液中获得磁流体.给出了表征所制备样品的宏观和微观特性图谱,探究了样品的磁热效应、法拉第效应和克尔效应,并制作了磁流体薄膜显示器.通过对磁流体样品的分析,获得其最佳的油酸钠包裹量为0.0216g/mL,样品颗粒小,稳定性高,磁热效应明显.研究发现磁流体薄膜的透射率随磁场变化明显,测量费尔德系数时必须考虑透射率的影响.磁流体样品存在异常克尔信号.     

磁性纳米材料的生物医学应用

自本世纪初科学家实现高单分散纳米氧化铁的可控制备以来,基于高生物学安全性的纳米氧化铁或者掺杂纳米铁氧体磁性材料的生物医学应用研究出现了爆发式增长,成为目前纳米生物学和纳米医学领域前沿热点之一,特别是其独特的磁学性质,使得磁性纳米材料能够介导外磁场产生纳米尺度的物理效应,并作用于微纳尺度的生物靶点。通过多学科交叉研究,有望建立基于磁性纳米材料的可控、组织可穿透、安全和精准的疾病诊断和治疗新模式,提高疾病的治疗疗效并改善预后。文章综述了近年来氧化铁颗粒在生物医学应用中的一些最新进展,主要集中讨论了磁性纳米材料在新型磁共振成像对比剂、肿瘤磁热治疗和磁力生物调控等应用方向的机遇与发展。     

纳米Ni/SiO2介孔复合体的制备与超顺磁性

采用溶胶－凝胶法制备了Ni^2+的SiO2干凝胶,再通过化学还原得到了纳米Ni/SiO2介孔复合体。从样品的透射电子显微镜观测结果可估算出,介孔复合体中Ni粒子的尺寸约为11－12nm。样品的磁性测量结果表明,与通常的Ni纳米颗粒相比,纳米Ni/SiO2介孔复合体中纳米Ni粒子的粒径在大于理论计算的纳米Ni粒子的临界尺寸时,仍能够保持超顺磁状态。在一定温度范围内,提高还原温度有利于复合体中纳米Ni粒子向超顺磁状态转变。     

高温超导量子干涉器件在磁性粒子标记免疫测定中的应用

具有超顺磁特性的Fe3O4纳米磁性粒子在外场中被极化时会产生沿极化方向的宏观磁矩,当撤销极化磁场后,利用高灵敏的高温超导量子干涉仪(SQUID)测量磁性粒子的磁弛豫行为.由于小尺度的磁性粒子磁性衰减很快,其行为遵循布朗弛豫;相较而言,通过生物待标记物连接的较大尺度磁性粒子或发生偶连的磁性团簇磁性衰减较慢,满足尼尔弛豫的条件.根据磁性颗粒的磁弛豫特性配合超导SQUID的低噪声实现对磁性粒子标记的微量生物待标记物的免疫检测.分别对平均尺寸为144nm的聚苯乙烯磁珠和406nm的二氧化硅磁珠的磁性衰减信号进行测量,得到了一些初步的实验结果.前者聚苯乙烯磁珠样品因磁珠尺寸太小,磁弛豫太快,未见明显的响应曲线;而后者的弛豫曲线遵循尼尔弛豫指数关系.结果表明粒子的有效弛豫依赖于磁性团簇的尺度.并且通过加大极化场,可以增强磁珠的尼尔弛豫信号,提高测量灵敏度。     

磁性纳米颗粒系统偶极相互作用的Monte Carlo研究

采用局域Monte Carlo方法模拟不同易轴分布的简单立方排列单分散单畴Fe纳米颗粒系统的ZFC-FC曲线及磁滞回线.结果表明：随着偶极相互作用的增强，系统的阻塞温度T_B逐渐增大，且ZFC曲线的峰变宽.说明偶极相互作用使得系统的有效能垒提高，分布宽度增加.研究FC曲线磁化强度的倒数与温度关系，发现偶极相互作用系统中存在反铁磁有序.系统的阻塞态及超顺磁态的磁滞回线表明，极低低温下，随着偶极相互作用的增强，系统的矫顽力和剩磁减小，偶极相互作用阻碍系统的磁化；系统处于超顺磁态，各向异性作用及偶极相互作用使得系统的磁化曲线偏离Langevin曲线且偶极相互作用展现出退磁相互作用效应.偶极相互作用增强，系统磁化曲线与Langevin曲线偏差量的最大值向低场移动.在偶极相互作用下，易轴与外场夹角为45°的磁性纳米颗粒系统的平均有效能垒和有效能垒分布宽度较易轴随机分布系统的大.     

具有超顺磁和可见/近红外发光性质的双功能介孔磁/光纳米复合材料

合成了两种双功能介孔磁/光纳米复合材料。磁性Fe3O4纳米粒子作为核被包覆于介孔二氧化硅纳米球中,稀土铽和铒配合物分别通过硅烷化的配体PABA-Si和phen-Si共价嫁接于介孔球的网络中。研究了所制备的双功能纳米复合材料的结构、磁性、荧光发射性质,结果表明,双功能纳米复合材料具有介孔结构、超顺磁特性和相应稀土配合物的特征荧光发射性质。     

超声造影剂微泡非线性动力学响应的机理及相关应用

随着生命科学及现代医学的发展, 一体化无创精准诊疗已经日益成为人们关注的焦点问题, 而关于超声造影剂微泡的非线性效应的相关机理、动力学建模及其在超声医学领域中的应用研究也得到了极大的推动. 本文对下列课题进行了总结和讨论, 包括: 1)基于Mie散射技术和流式细胞仪对造影剂微泡参数进行定征的一体化解决方案; 2)通过对微泡包膜的黏弹特性进行非线性修正, 构建新的包膜微泡动力学模型; 3)探索造影剂惯性空化阈值与其包膜参数之间的相关性; 以及4)研究超声联合造影剂微泡促进基因/药物转染效率并有效降低其生物毒性的相关机理.     

FeCoBSiO2磁性纳米颗粒膜的微波电磁特性

采用交替沉积磁控溅射工艺制备了超薄多层的FeCoBSiO2磁性纳米颗粒膜.利用x射线衍射仪、扫描探针显微镜、透射电子显微镜分析了薄膜的微结构和形貌特征.采用振动样品磁强计、四探针法、微波矢量分析仪及谐振腔法测量薄膜试样的磁电性能和微波复磁导率.重点对SiO2介质相含量、薄膜微结构对电磁性能产生重要影响的机理做了分析和探讨.结果 表明：这类FeCoBSiO2磁性纳米颗粒膜具有良好的软磁性能和高频电磁性能，2GHz时的 磁导率μ′高于70，可以应用于高频微磁器件或微波吸收材料的设计. 关键词： 磁性纳米颗粒膜 高频特性 复磁导率 磁控溅射     

过渡金属原子掺杂的锯齿型磷烯纳米带的磁电子学特性

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了掺杂铁、钴和镍原子的锯齿型磷烯纳米带(ZPNR)的磁电子学特性.研究表明,掺杂和未掺杂ZPNR的结构都是稳定的.当处于非磁态时,未掺杂和掺杂钴原子的ZPNR为半导体,而掺杂铁或者镍原子的ZPNR为金属.自旋极化计算表明,未掺杂和掺杂钴原子的ZPNR无磁性,而掺杂铁或者镍原子的ZPNR有磁性,但只能表现出铁磁性.处于铁磁态时,掺杂铁原子的ZPNR为磁性半导体,而掺杂镍原子的ZPNR为磁性半金属.掺杂铁或者镍原子的ZPNR的磁性主要由杂质原子贡献,产生磁性的原因则是在ZPNR中存在未配对电子.掺杂位置对ZPNR的磁电子学特性有一定的影响.该研究对于发展基于磷烯纳米带的纳米电子器件具有重要意义.     

电沉积法制备的泡沫镍的晶体结构与磁性能

 采用X射线衍射仪、振动样品磁强计分别测试了电沉积法制备的泡沫镍的晶体结构和磁性能，研究了电流密度、温度、占空比、脉冲频率对镍沉积层的晶体结构和磁性能的影响；并用扫描电子显微镜、透射电子显微镜观察了泡沫镍的组织结构与微观形貌。制备出的3维网络状泡沫镍密度为0.25 g/cm³，孔隙率为97.5%、孔径分布为400～500 μm。沉积层大颗粒粒径为1 μm，沉积层晶粒尺寸在10nm以下;泡沫镍为超顺磁材料，具有低的矫顽力和高的磁导率，其磁导率和饱和磁化强度随沉积层晶粒尺寸的增加而增大。     

壳核型磁性纳米纤维素微球的超声制备及表征

以纳米级的Fe3 O4液体作为磁核 ,在非水体系的纤维素DMAc(N N二甲基乙酰胺 ) /LiCl溶液中 ,使用包埋法 ,在超声波的辅助下制备得到了纳米尺度的壳核型磁性纤维素微球 .利用FT IR、XRD及AFM/MFM (原子力显微镜 /磁场力显微镜 )对得到的磁性微球进行了表征 ,证实该微球由磁性的核与纤维素的壳组成 ,微球大小为 30～ 5 0nm ,且具有良好的分散性 .并研究了超声条件对磁性微球尺寸的影响 .     

磁流体管内“泡对”在磁声复合场中的振荡行为

基于磁流体管内单泡的动力学模型,通过引入泡间次级声辐射并考虑磁流体黏度的磁场效应,建立了管内“泡对”系统在磁声复合场中的动力学方程,分析了磁场强度、泡对尺寸、泡间相互作用(包括次级Bjerknes力F_B和磁吸引力F_m)及流体特性等对双泡振动特性的影响.结果表明,磁场增大了泡对的振幅,对大泡的影响远大于对小泡的影响.当两泡中心间距一定、两泡相对尺寸越大时,或是当两泡尺寸一定、两泡表面间距越小时,双泡之间的相互作用越强.磁声复合场中,磁场会影响F_B, F_m,磁压P_m及黏滞阻力等,且影响程度各不相同; F_B和F_m及P_m和黏滞阻力之间均存在竞争关系,与作用在微泡上的所有力共同影响泡的运动.通过研究“泡对”系统的动力学行为,为实际应用中调节磁声场,提高微泡对生物组织的靶向调控治疗效果提供了一定的理论依据.