多层膜结构载磁微泡声散射特性

搭载有磁性纳米颗粒的包膜微泡,作为一种新型试剂在多模造影、溶栓治疗及靶向药物输运等多领域得以应用及研究.常通过原位测量技术进行微泡研究,而散射解析模型是声反演技术的基础.由空气内核、均匀悬浮磁纳米颗粒的磁流体层及磷脂外层组成多膜层结构载磁微泡,考虑磁流体密度变化及磷脂层黏弹性,通过简正级数法求解多层结构微泡各区域的散射声场.将载磁微泡散射模型与其他气泡进行对比,并数值分析载磁微泡共振散射特性,包括初始半径、磁纳米颗粒体积分数、磁流体层厚度及磷脂层特性参数等对微泡散射影响.结果表明:当膜层中磁纳米颗粒的体积分数α不超过0.1时,颗粒对微泡共振散射的影响具有两面性,既可增强也可减弱散射,主要取决于微泡半径;存在一个临界微泡半径值,微泡半径超过此临界则颗粒将增强微泡散射,反之减弱;微泡半径一定, α不超过0.1时, α取值越高微泡散射越强;膜层材料的拉梅常数和厚度越小的同尺度微泡散射更强.该研究对载磁微泡结构优化设计、原位监测及诊疗应用有理论意义.     

非线性声场下包膜微泡动力学与频率响应分析

包膜微泡在非线性声场下的响应对高强度聚焦超声治疗具有重要意义.本文通过耦合Gilmore-AkulichevZener模型与脂质包膜的非线性模型,采用KZK方程仿真非线性声场,分析在不同超声频率、不同声压以及不同包膜材料的黏弹性下的微泡动力学行为和微泡振荡频率,并进一步对比了实际测量声场与KZK方程仿真声场下的微泡动力学行为和频率响应.研究结果表明:非线性声场会导致微泡壁的瞬时运动速率减小,声压和频率的改变对微泡动力学的影响与在线性声场中类似;包膜材料的不同可以使振荡频率中的谐波分量发生改变,其中包膜材料的弹性对微泡的频率响应影响较小,包膜的初始黏性和初始表面张力对微泡的振荡频率分布影响较大,当初始黏性越小时,二次分谐波的峰值越高,当初始表面张力越大时,主频的峰值越高.本研究进一步阐明非线性超声激励包膜微泡的微泡动力学,为包膜微泡在非线性声场下的频率响应分析奠定理论基础.     

磁性多层膜的穆斯堡尔谱研究

评述了磁性多层膜中磁层、界面和非磁层的结构及磁性的穆斯堡尔谱研究的新进展,并展望了今后的研究方向.A new progress in Mssbauer study on the magnetic structure and magnetic properites of the magnetic layer, interface layer and nonmagnetic layer in the magnetic multilayers is reviewed.Further research trend is also discussed.     

线性对置式压缩机非线性振动特性理论研究

在空间遥感探测任务中,斯特林和脉冲管制冷机广泛应用于红外探测器和低温镜头的制冷。压缩机是制冷机的主要运动部件,是影响星上振动敏感设备的重要振动源之一。为了研究压缩机的振动特性,采用两自由度系统对线性对称布置的压缩机进行了建模,其中考虑了压缩腔的气体弹簧力以及间隙气流阻力的非线性特性。然后采用龙格-库塔数值方法对非线性动力学方程进行了求解。此外,还分析了由两个对置活塞质量、阻尼、刚度不对称引起的振动力。发现压缩机输出的振动力是以驱动频率为基频的一系列谐波,随着质量、阻尼、刚度不对称程度的增加,振动力的各次谐波幅值均随着增大。     

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.     

微扰法解由正弦波驱动的非线性漂移波的分岔

在以驱动波相速度运动的坐标系中,用微扰法讨论。在正弦波驱动下的非线性漂移波的分波方程。结果表明,在文献[1]中观察到的波包能量的滞后分岔和由定态向周期态的分岔可以统一地解析描述,它们分别对应某一非线性共振模式在时间维上的鞍结点分岔和Hopf分岔。波包能量失稳的频率是该模式的本征频率,除多普勒移动外,它的大小还因非线性效应而不同于其在实验室坐标系中的线性值。 关键词：     

基于微泡共振的快速微流体声学混合方法研究

微流体在生物医学、化学工程等领域应用广泛,并具有重大意义.在预处理中,液体混合也是关键且最为必要的前序.为了提高微流控腔道内液体混合的效率,本文提出基于单微泡振动的声学混合器,通过微泡共振,产生声微流,声微流形成的剪切力将在流体中产生微扰动,实现液体的混合.设计了底面直径为40μm的微孔结构,由于液体表面张力作用形成微泡,在共振频率为165 kHz的压电换能器激励下,气泡发生共振产生声微流.通过对压电换能器输入不同能量,获取混合液体的最优参数,可在37.5 ms内实现混合效果,混合均匀度达到92.7%.本文设计的单微泡振动混合器结构简单、混合效率高、混合时间短、输入能量低,可为生物化学等方面的研究提供强有力的技术支撑.     

金属磁性多层膜的新颖特性──巨磁电阻效应

磁性和非磁性层交替重构成的金属磁性多层膜常具有巨磁电阻效应，其中每层膜约几个纳米厚。出现巨磁电阻效应的基本条件是：在外磁场下相邻磁层磁化强度取向发生对变化。巨磁电阻效应的物理起源是，其自旋与局域磁化强度平行和反平行的电子受到的散射不同，散射的不同既要嗵来自获射中收的特性，又可能源于两种自旋电子的能态密度的差异。由于信息存储技术中磁电阻“读出”磁头有巨大的应用前景，巨磁电阻效应引起了人们的极大兴趣。     

PdMn/Co多层膜的磁性和磁光特性研究

用磁控溅射法制备了不同Mn含量的PdMn/Co磁性多层膜，通过x射线衍射对该多层膜系列进行结构分析；测定了不同Mn含量系列样品的磁滞回线、垂直各向异性及磁力显微镜图，分析了饱和磁化强度、磁畴和垂直各向异性变化的原因；通过测定该多层膜体系的克尔谱，简要分析了一定波长下克尔角随Mn含量增加而变化的物理机制. 关键词： 多层膜 磁性 磁光     

MnBi磁性多层膜磁光科尔效应的数值模拟

基于各向异性的平面电磁波传输理论和4×4矩阵法，计算了MnBi，Mn_0.53Bi_0.47，Mn_0.52Bi_0.44Sb_0.04磁性多层膜系列的磁光科尔旋转角、椭圆率随波长、入射角、磁性层厚度变化曲线.计算结果表明，模拟的科尔旋转角、椭圆率随波长变化规律与实验结果吻合很好；在一定波长的垂直入射下，模拟的科尔旋转角、椭圆率随磁性层厚度变化曲线出现科尔谱极大；在磁性层厚度一定的情况下，当入射光以某一角度 关键词： 4×4矩阵法 磁性多层膜 磁光科尔谱 介电张量     

Nonlinear oscillation characteristics of magnetic microbubbles under acoustic and magnetic fields

Microbubbles loaded with magnetic nanoparticles (MMBs) have attracted increasing interests in multimode imaging and drug/gene delivery and targeted therapy. However, the dynamic behaviors generated in diagnostic and therapeutic applications are not clear. In the present work, a novel theoretical model of a single MMB was developed, and the dynamic responses in an infinite viscous fluid were investigated under simultaneous exposure to magnetic and acoustic fields. The results showed that the amplitude reduces and the resonant frequency increases with the strength of the applied steady magnetic field and the susceptibility of the magnetic shell. However, the magnetic field has a limited influence on the oscillating. It is also noticed that the responses of MMB to a time-varying magnetic field is different from a steady magnetic field. The subharmonic components increase firstly and then decrease with the frequency of the magnetic field and the enhanced effect is related to the acoustic driving frequency. It is indicated that there may be a coupling interaction effect between the acoustic and magnetic fields.     

声场中气泡运动的混沌特性

以水为工作介质,考虑了液体的可压缩性,研究了声场中气泡的运动特性,模拟了声波频率、声压幅值、气泡初始半径以及液体的表面张力和黏滞系数的变化对气泡运动状态的影响. 分析了空化处理效果与气泡运动状态之间关系. 结果表明:气泡运动处于混沌状态,是提高声空化降解有机污染物能力的最重要因素. 关键词： 声空化 混沌 相图 功率谱图     

Nonlinear response of ultrasound contrast agent microbubbles:From fundamentals to applications

Modelling and biomedical applications of ultrasound contrast agent(UCA) microbubbles have attracted a great deal of attention. In this review, we summarize a series of researches done in our group, including(i) the development of an all-in-one solution of characterizing coated bubble parameters based on the light scattering technique and flow cytometry;(ii) a novel bubble dynamic model that takes into consideration both nonlinear shell elasticity and viscosity to eliminate the dependences of bubble shell parameters on bubble size;(iii) the evaluation of UCA inertial cavitation threshold and its relationship with shell parameters; and(iv) the investigations of transfection efficiency and the reduction of cytotoxicity in gene delivery facilitated by UCAs excited by ultrasound exposures.     

三质点单自由度非线性振动特性分析

设计一个非线性振动实验装置，建立系统的动力学方程，用计算机数值计算并画出相图和运动图，对非线性振动的性质进行了分析。     

微波激发下非线性磁表面波传播特性

研究了微波激发下非线性反铁磁晶体与线性铁磁晶体交界面上transverseelectric(缩写为TE)表面波的传播特性.用反函数形式给出了反铁磁晶体中TE表面波磁场的精确解.分析了小功率和大功率传输时的场分布特征.求得了TE表面波的色散方程,进而讨论了系统的微波频率特性.分析表明,非线性TE表面波存在频率通带和禁带,其带宽是功率的函数,通过调节导波功率可以有效地实现通带和禁带之间的转换 关键词： 反铁磁晶体 铁磁晶体 非线性表面波     

包膜黏弹特性及声驱动参数对相互作用微泡动力学行为的影响

关于多气泡相互作用的理论研究对于深入理解超声造影剂在医疗领域中的应用机理具有重要意义。本工作建立了一个2维轴对称有限元模型来研究流体环境中超声造影剂双气泡相互作用,讨论了驱动超声频率和气泡尺寸对气泡之间吸引和排斥趋势的影响,得到了气泡半径与气泡之间距离随时间变化的曲线,以及气泡周围流体速度场的细节,并且研究了气泡包膜参数(即表面张力系数和粘度系数)对气泡相互作用的影响.结果表明,相互作用中的气泡对整体的相对运动趋势由驱动频率和共振频率之间的关系决定;在超声参数固定时,气泡包膜的粘弹特性可用来调控气泡间相互作用强度。结果对实验中观察到的气泡聚集现象进行了合理解释,并为超声造影剂在医疗实践中的应用提供了基础理论支撑.     

High-Lying Vibrational Spectrum of Ammonia via Nonlinear Quantum Theory

We introduce a simple three-parameter model in nonlinear quantum theory-the discrete self-trapping equation to describe the stretching spectrum of ammonia at highlying vibrational states. The model calculations appear to describe the data well. These results obtained are conducive to researching the quantum chaotic manner and the multiphoton processes and isotope separation by multiphoton dissociation of ammonia molecular system.     

气轨上的非线性振动

在气垫导轨上设计了一个非线性振动实验，通过计算机进行数值计算，得出非线性振动周期随振幅的增大而减小的结论，并从理论上进行了分析。     

Effect of secondary radiation force on aggregation between encapsulated microbubbles

Secondary radiation force can be an attractive force causing aggregates of encapsulated microbubbles in ultrasonic molecular imaging. The influence of the secondary radiation force on aggregation between two coated bubbles is investigated in this study. Numerical calculations are performed based on four simultaneous differential equations of radial and translational motions. Results show that the secondary force can change from attraction to repulsion during approach, and stable microbubble pairs can be formed in the vicinity of resonant regions; the possibility of microbubble aggregations can be reduced by using low exciting amplitude, ultrasonic frequencies deviating from the resonant frequencies or microbubbles with small compressibility.