低频超声激励亚毫米微球制备模型与实验研究

论文摘要

药物微球作为一种新型的药物载体，具有易吸收、易游走和靶向性等特点。在临床治疗、微生物学等众多领域得到了广泛应用，微球制备技术也受到了越来越多的关注。已有的常规微球制备技术，不适合亚毫米量级和微米量级微球的制备。本论文研究超声激励破碎法结合载流方式制备微球的技术。通过调节载流与射流的流速比，可以制备小于喷嘴直径的亚毫米级的药物微球。论文的核心工作是：建立流速范围为0-30m s时，乙基纤维素物系破碎的理论模型，并完成了激励频率20kHz的超声激励载流破碎微球制备装置的研制。论文研究内容主要包括以下几个方面：1、详细阐述了微球制备技术的发展，重点介绍了激励式微球制备技术中超声激励制备技术的特点、工作原理和技术构架；载流破碎微球制备装置通过超声换能器将超声频段的机械振动传递给射流，同时，在射流周围的载流挤压和拉伸射流。射流在扰动与载流作用下破碎成均匀液滴，均匀液滴进入收集液得到微球。2、在现有的超声激励破碎制粒装置上，改进了注射针与超声变幅杆的连接方式。根据现有装置和超声激励载流微球制备技术的特点设计了载流结构。该机械结构能方便的更换载流孔径和调整注射针与载流孔的同轴度。3、基于FLUENT软件中的流体体积函数模型（volume of fluid，VOF），借助动网格模型和用户自定义函数实现了超声换能器的周期性扰动，模拟了射流破碎过程。通过仿真分析，研究了射流速度从8m/s增加到30m/s、激励频率从15kHz变化到70kHz和激励幅度从0增加到10m时，对射流破碎效果的影响，得到激励频率和激励幅度对射流破碎后的液滴形态影响较大。研究了不同载流-射流流速比下，射流破碎效果。4、探讨了载流情况下物系的选择。通过超声激励载流破碎微球制备装置，以乙基纤维素为实验材料，研究了射流速度不变、载流-射流流速比变化时，对微球粒径及其相对标准差的影响。并分析了在乙基纤维素这种物系下，制备的微球粒径偏差较大的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微球制备技术的研究
• 1.2 激励式微球制备技术的发展
• 1.3 本文研究研究背景与研究内容
• 第二章 超声激励载流破碎原理与装置
• 2.1 射流破碎理论
• 2.2 超声激励载流破碎装置
• 2.2.1 针孔与换能器的连接方式的改进
• 2.2.2 载流结构的设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 超声激励载流射流破碎的数值模拟
• 3.1 射流破碎的数学模型
• 3.1.1 FLUENT 软件简介
• 3.1.2 流体动力学的基本控制方程
• 3.2 流场的数值计算
• 3.2.1 求解方法的介绍
• 3.2.2 压力-速度耦合算法
• 3.3 计算模型的选择
• 3.3.1 多相流模型
• 3.3.2 动网格模型
• 3.4 模拟方案的确定
• 3.4.1 模拟步骤的介绍
• 3.4.2 模拟区域的选择
• 3.4.3 模型的网格划分
• 3.5 本章小结
• 第四章 超声激励射流破碎的模拟结果与分析
• 4.1 超声振动破碎模拟
• 4.1.1 射流入射速度对射流破碎的影响
• 4.1.2 振动幅度对射流破碎的影响
• 4.1.3 振动频率对射流破碎的影响
• 4.2 超声激励载流模拟结果
• 4.2.1 射流速度不变，载流速度变化
• 4.2.2 载流速度不变，射流速度变化
• 4.2.3 载流、射流速度同时变化但速度比保持不变
• 4.2.4 激励幅度对射流破碎的影响
• 4.2.5 激励频率对射流破碎的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 超声激励载流微球制备实验与分析
• 5.1 微球制备实验
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 实验物系的选择
• 5.1.3 实验步骤
• 5.2 超声激励载流微球制备结果分析
• 5.3 模拟结果与实验结果的对比分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢