彭瀚旻, 喻伯平， 毛 婷， 朱攀丞， 陈致钧

(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室 南京，210016)



低频超声透皮给药过程流场影响分析*

彭瀚旻, 喻伯平， 毛 婷， 朱攀丞， 陈致钧

(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室 南京，210016)

针对低频超声透皮给药过程中声场和流场的促渗机理问题，基于压电方程、声压方程以及湍流k-ε模型，利用COMSOL有限元软件建立了其声-压电-流耦合仿真计算模型。通过理论分析和Franz体外透皮实验分别获得了给药系统中的声场与流场的大小及分布，以及体外实验的超声促渗后的渗透量。仿真计算与实验结果表明：离体皮肤在超声作用下渗透量更大，皮肤上产生更多褶皱与空化穴，这说明存在空化效应与交变载荷，而后者可能是流场流动或涡流引起的；药液中流场沿超声换能器的辐射面下方流动到辐射面侧面，形成搅拌作用，且辐射面正下方的流速最大，当输入电功率为5.5 W时，可达0.55 m/s，皮肤上方伴有较强涡流；流场在超声促渗中起搅拌与扩张皮肤通道的作用，对促渗起辅助作用。

低频超声; 透皮给药; 超声换能器; 流场; 有限元

引 言

近20年来，人们已经发现低频超声[1]对透皮给药具有促渗的效果，国内外专家学者已经对其进行了多方面的研究，其内容涵盖超声波促渗机理[2]、超声设备设计[3]、理论建模方法[4]、药物作用机理[5]以及临床安全[6]等。20世纪90年代初，文献[7-8]发现低频超声(20～100 kHz)可以暂时破坏皮肤角质层从而形成新的渗透通道，使药物得以在皮肤无创的前提下渗入人体的新陈代谢系统当中，实现安全可靠的透皮给药操作。……