靶向振荡磁场发生器的研制

　　磁靶向给药系统(magnetic targeting drugdelivery system,MTDDS)是将药物、磁性物质和适当的载体材料结合在一起,在外磁场作用下,使药物定位于靶区,浓集并释放,从而在病变部位发挥疗效。MTDDS具有高效、低毒的特点,得到了国内外医学界的广泛关注[1-2]。纳米超顺磁[3-6]具有强磁响应性、较好的磁导向功能和易排出体外等特点。将纳米超顺磁作为药物载体的MTDDS是该领域研究的新热点。由于目前临床上使用的仪器不能提供足够能量的引导磁场,磁聚焦技术也不够成熟[7-8],将MTDDS用于临床医学的报道还非常少见。

　　引导磁场的产生分为永磁铁机械运动式和电磁铁线圈式[9-12]两类。与在病变组织内埋藏永久磁铁的MTDDS相比[12-15],电磁铁线圈式磁聚焦方法实现了无创伤治疗,并可用于不宜开刀部位的治疗,磁场强度、磁场特征变化多端,为MTDDS提供了丰富的研究手段。永磁铁脉冲磁场发生器利用永久磁铁与靶区的相对运动产生磁场脉冲,这种方法简单,磁场强度大,但磁场脉冲为单极性,频率、脉冲占空比不易控制,脉冲陡度不够高。线圈式振荡磁场发生器有两种:通过对高压电容充电,瞬间在线圈中释放能量得到强磁场脉冲,这种方法产生的磁场强度大,持续时间短,为单极性;通过电子开关给线圈施加高压脉冲,得到单极性磁场脉冲,脉冲磁场强度小,持续时间长。已报道的引导磁场均为单极性。

　　笔者通过正弦、单极性和双极性脉冲磁场中磁性微粒聚焦和控释效果的对比研究,验证了双极性脉冲磁场具有使磁性药物聚集并振荡的能力,并且证实脉冲的陡度和停供节拍与聚集和振荡效果密切相关。针对靶向治疗中难以产生足够磁场强度和梯度的交流脉冲磁场问题[13],设计了结构新颖,能量损耗小的强磁场强度和磁场陡度的靶向振荡磁场发生器。

　　1　靶向振荡磁场发生器

　　1.1　电流波形选择

　　目前国内外靶向引导磁场主要有正弦波电流磁场和单极性脉冲磁场。用纳米超顺磁微粒作为药物载体,不仅要使药物聚焦到靶器官,而且要在靶器官振荡释放药物。正弦电流场磁场强度的变化具有连续性,产生的磁场属于磁准静态场,磁场方向虽发生变化,但脉冲频率单一,磁场强度变化缓慢,纳米磁性微粒反转不明显;单极性脉冲磁场强度变化大,但由于磁场方向不发生变化和血液黏度的影响,磁性微粒在重力的作用下运动不是很明显,另外,当磁场力在微粒所受力中占主导时,磁性载药微粒就容易被磁场力压在血管壁而停止运动,不利于药物的释放;永磁铁脉冲磁场与单极性脉冲磁场工作现象相近。

　　考虑将磁场方向的变化与磁场强度的快速变化结合,提出采用双极性脉冲电流的思想,正向供电,输出正向脉冲电流,磁性微粒被磁化并向磁极方向运动;然后,强磁场突然消失,磁性微粒失去磁场力,运动受重力和血液黏滞力阻碍;无电流输出期间,磁场强度为零,磁性微粒运动速度逐渐减小,直至为零;负向供电,输出负向脉冲电流,反方向强磁场由零迅速上升到很大的值,给磁性微粒加一反方向的强磁场,磁性微粒被磁化,并迅速运动聚集。双极性脉冲磁场的间歇性、反极性和微粒重力的作用,使超顺磁体剧烈振荡,有助于克服血液的黏滞力改善聚集和释放药物的效果。