封装微泡 (EMB)，即涂有脂质或蛋白质壳的微小充气气泡，在生物医学超声中发挥着核心作用。当暴露于超声波时，EMB 收缩，产生振荡，从而增强图像对比度或通过声孔在细胞膜上产生孔来直接输送药物。然而，虽然它们在生物医学应用方面很有前景，但它们的行为要复杂得多。

大多数现有的 EMB 理论都假设球对称振荡，并且仅在简单的牛顿流体中研究它们。然而，大多数生物流体，例如血液，是粘弹性（非牛顿）流体。当在体内时，这些流体力、来自血管壁的压力以及变化的超声脉冲会影响 EMB 的行为，从而影响成像准确性和治疗安全性。

为了更好地了解这些效应，日本V体育 (NITech) 的助理教授 FURUKAWA Haruki 和 IWATA Shuichi 教授与威尔士卡迪夫大学的名誉教授 Tim N Phillips、Michael J Walters 博士和读者 Steven J Lind 合作，开发了一个综合计算模型，可以模拟真实生物条件下 EMB 的行为。他们的研究已于 2025 年 11 月 10 日在线发布，并将发表在2026 年 1 月 1 日。

“大多数微泡模型都假设完美的球体和牛顿液体，”古河博士解释。“然而，真实的生物液体是粘弹性的，因此我们的目标是开发一种模拟实际生理条件的模型，以便更现实地评估安全性和有效性。”

因此，研究人员采用了一种专注于计算物体边界的非奇异边界元方法，并结合了描述粘弹性流体流变行为的 Oldroyd B 模型。使用这种方法，他们模拟了涂层微泡在刚性壁附近暴露于脉冲超声波时的完全非球形、时间依赖性行为。这种耦合方法使他们能够捕获不对称变形、平移运动和液体射流形成等关键特征，而这些特征通常在简单的球形模型中被忽略。

他们发现 EMB 壳厚度强烈影响气泡稳定性。厚壳的变形有限，射流速度降低，并且在容器壁处产生较小的压力峰值。相比之下，薄壳会经历更强的运动和喷射，可能会增加组织损伤的风险。结果还揭示了流体粘弹性如何与惯性和壳体弹性竞争，并阐明了超声波频率和压力如何与微泡设计相互作用。

“我们的框架提供了一种经济高效的工具来评估微泡安全性，”强调古河博士。“通过了解壳体特性、流体粘弹性和超声设置如何影响 EMB，我们可以更好地指导设计标准，以实现更安全的诊断和更有效的靶向治疗。”

参考

原始论文标题	粘弹性对超声强制刚性表面附近封装微泡动力学的影响
期刊	非牛顿流体力学杂志
DOI
最新文章发布日期	2025 年 11 月 10 日

关于日本V体育助理教授 FURUKAWA Haruki

博士。古川春树 (FURUKAWA Haruki) 是日本V体育 (NITech) 生命科学与应用化学系助理教授。他拥有横滨国立大学工程博士学位（2016 年），并在 NITech 获得硕士学位（2013 年）和学士学位（2011 年）。在过去的十年中，他发表了超过 78 篇研究论文，重点关注计算流体动力学、流体混合、叶轮设计以及粘性和粘弹性流体的流动。他的贡献为他赢得了多项荣誉，包括日本化学工程师协会颁发的 2024 年“最佳审稿人奖”。

资金信息

这项研究得到了博士学位的部分支持。由卡迪夫数学学院资助的 MJW 学生奖学金。这项工作还得到了 JSPS KAKENHI（拨款号 JP23K03673 和 JP20K04285）的支持。 FURUKAWA Haruki 博士感谢 NITech 研究员海外访问资助计划的资助。

联系方式

助理教授古河春树

电子邮件：furukawaharuki [at] nitechacjp

＊联系时请将[at]替换为@。