声光协同作用下金纳米颗粒表面空化泡的动力学研究.pdf

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声光协同作用下金纳米颗粒表面空化泡的动力学研究水徐峥刘晓峻许坚毅引言声学报热治疗效果,可以利用金纳米颗粒作为光热治疗媒35120101数:.,在高强度聚焦超声作用下,造影剂气泡会产生振荡,,利用激光热效应可以产生高温来清除肿瘤细胞。为提高光[5-oFarny究发现,在超声声压达到MPa4时,金纳米颗粒表面可以产生气泡,并且在声光协同作用下,空化泡产生的阈值可以大大下降】。然而,由于声光协同作用机理十分复杂,。陈谦等将气泡动力学应用到生物组织切片超声制取的研究中,讨论了声空化效摘要在激光和超声的协同作用下,金纳米颗粒表面会产生空化气泡。本文通过观察各种参数条件下空化泡的振荡变化,研究了激光光热、超声空化及其协同效应。研究发现,光热作用和激励声压的改变可以调节气泡的动力学过程,光热效应的增强有利于气泡的膨胀,激励声压的增加可以提高气泡运动的剧烈程度。,(南京200931320095IiInstite“.,,powerultrasoundintensity,
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賀,2+R2dROTL=r2Or(r2Or)去,一警一等,卜[d(Pg+2u+24yz,=(r2)r<鲁丌冗;缘⋯丌缓刃R(1)+u2(-)=三相刍园賒耐%Ldh=gLOTLIP(4)lr=R+1泡动力学的修正模型=dhdt耳是纳米颗粒的温度。液体无限远处的边界条其中死是周围液体温度,瑀分别是时间和空间坐死篟,l=Too==^Itto=0R()=Po+cos(21rft)1徐峥等:声光协同作用下金纳米颗粒表面空化泡的动力学研究IsLiebler等利用气泡动力学研究了空化泡在高强度聚焦超声作用下的运动规律,建立了生物体内超声作用下的空化模型等考虑单个激光脉冲的热效应和超声空化效应,研究了金纳米球表面空化泡10|等利用高速相机观测了高强度聚焦超声作用下生物组织表面的气泡运动规律【等使用MHz检测了激光和超声协同作用下金纳米颗粒表面气泡产生的阈值【。在上述工作的基础上,本文建立了声波与激光共同作用下的气泡振荡模型,并研究了在超声和激光协同作用下溶液中金纳米颗粒表面空化泡的产生、振荡及其随声压、频率、金纳米颗粒大小等参量的变化。在超声和激光共同作用下,水中金纳米颗粒表面气泡的运动可分为两个部分:气泡的产生及其振荡过程。气泡的受热汽化过程假设球型对称,水中金纳米颗粒的热传导方程为【】:DL(25210_5in2s)to是汽化开始的时刻,为纳米颗粒的半径。假设纳米颗粒内部温度分布均匀,则边界条件可表示为:件为:纳米颗粒的热平衡方程可表示为:和分别是金纳米颗粒的热容JkgK)密度/)q初始条件为;汽化后的振荡过程当颗粒温度达到液体蒸发温度疋时,颗粒表面将形成汽化层,其内半径