Validation of Sinus Drug Delivery Computational Fluid Dynamics (CFD) Modeling with In Vitro Gamma Scintigraphy
背景：慢性鼻窦炎（CRS）是一种流行性和破坏性疾病。药物治疗，包括鼻类固醇喷雾剂是主要的治疗方式。计算流体动力学（CFD）已被用于描述鼻窦气流和鼻内给药;然而，模拟方法的变化表明需要大规模CFD模型验证。方法：对3例功能性鼻内窥镜手术患者的术前、术后CT扫描资料，在Mimics（TM）中进行解剖重建。在18例病例中，使用Fluent（TM）的CFD方法进行流体分析和药物颗粒沉积建模。模型是3D打印的，并使用Tc 99标记的Nasacort（TM）进行体外研究。在叠加网格中对伽马射线照相信号和CFD建模的喷雾质量进行后处理并进行比较。使用重叠系数（OC）的统计分析评估了计算和实验分布之间的相似性，并采用Kendall的tau秩相关系数来检验独立性。结果如下：OC显示，CFD模型和实验结果之间的沉积百分比和网格轮廓高度一致（矢状、轴向和冠状网格的平均值[范围]分别为0.69 [0.57]、0.61 [0.49]和0.78 [0.44]）。Kendall的tau值在分布之间显示出强一致性（平均0.73），除了一个模型中的单个冠状网格和另一个模型中的两个矢状网格之外，这些分布具有统计学显著性（p < 0.05）。结论：CFD建模与体外实验结果具有统计学一致性。该验证研究是同类研究中规模最大的研究之一，支持CFD在准确建模鼻喷雾给药和使用计算方法研究改善临床给药方法方面的适用性。
2020-07-23 physics.med-ph
Mechanics-guided parametric modeling of intranasal spray devices and formulations for targeted drug delivery to the nasopharynx
South Dakota State University（南达科他州立大学）；Florida State University FAMU-FSU College of Engineering（佛罗里达州立大学 FAMU-FSU 工程学院）；Indian Institute of Technology Ropar（印度理工学院罗帕尔分校）；Aptar Pharma（阿普塔制药）；Cornell University（康奈尔大学）
本研究通过优化鼻喷装置和制剂参数，提高药物向鼻咽部的靶向递送效率，实验验证了喷雾角度和颗粒大小对沉积率的影响。
2025-10-17 physics.med-ph
Mathematical modelling of drug delivery from pH-responsive nanocontainers
药物递送系统代表了治疗癌症和克服化疗副作用的有希望的策略。特别是，聚合物纳米容器已经吸引了主要的兴趣，因为它们的结构和形态的优势和各种聚合物，可以使用，允许合成的材料能够响应肿瘤微环境的生化改变。虽然实验方法可以提供很多见解，但在宽参数空间上生成实验数据通常非常耗时和/或昂贵。为了更好地了解不同的设计参数对药物释放曲线和药物动力学的影响，适当设计的数学模型是非常有益的。在这里，我们开发了一种新的数学模型来描述药物在由核和pH响应性聚合物壳组成的中空纳米容器内的运输和释放。双层数学模型充分考虑了药物的溶解、扩散和与聚合物的相互作用。以柔红霉素和[Cu（TPMA）（Phenantroline）]（ClO_4）_2为模型药物，制备了具有良好包封能力的纳米胶囊。体外药物释放行为进行了研究，在不同的条件下，该系统被证明能够响应所选择的pH刺激，释放更大量的药物在酸性比在生理环境中。通过将数学模型的结果与我们的实验数据进行比较，我们能够确定最适合数据的模型参数值，并证明该模型能够描述手头的现象。所提出的方法可用于描述和预测各种药物释放系统的释放曲线。
2019-12-22 physics.bio-ph physics.med-ph
Carbon nanotube based biomedical agents for heating, temperature sensoring and drug delivery
碳纳米管由于其特殊的物理和化学性质，显示出作为生物医学试剂在细胞水平上用于加热、温度传感和药物递送的有希望的潜力。用定制的材料填充碳纳米管实现了纳米级容器，其中活性物质被保护碳壳包裹。我们描述了不同的合成路线，并显示碳纳米管的结构和磁性。特别是，磁性材料的填充提供了热疗应用的潜力，而NMR活性物质的插入允许用作标记物和传感器。碳纳米管的生物医学应用的潜力是突出的热疗研究，证明其适用于局部原位加热。此外，我们已经证明，通过碳包裹的纳米级温度计和填充抗癌药物的非侵入性温度控制是可能的。
2009-07-28 physics.bio-ph physics.med-ph
Construction of Nano-Assembled Microcapsules Embedded with Gold Nanoparticles for use in Novel Drug Delivery Systems
冠状动脉支架改变了冠状动脉疾病的治疗方式。虽然裸金属支架可以追溯到1994年，但这些支架的长期有效性已被ISR（支架内再狭窄）和晚期支架血栓形成所破坏。寻找这些问题的解决方案的研究导致了DES（药物洗脱支架）的发展。然而，DES和各种药物递送系统的长期有效性引起了人们的关注。此外，目前的DES不具有调整药物剂量或释放动力学的能力，其对应于受影响血管的患病状态。通过使用采用受控药物释放的药物递送系统，可以控制药理学药物或感兴趣物质的释放速率，因此可以避免导致ISR的事件范围，从而防止进一步侵入性干预的需要。为了克服药物递送系统的局限性，正在研究使用基于纳米颗粒的微胶囊作为载体的药物给药，因为它们能够促进药物的持续、延长和控制释放。但是仍然需要进行大量的研究来评估和解决与纳米颗粒的毒性，化学和机械性能有关的问题。该项目结合了一系列纳米生物技术来合成纳米组分，这些纳米组分最终组装在一起以获得可用于药物递送系统的微胶囊。微胶囊的设计考虑到它们在基于超声的药物递送系统中的潜在用途。
2016-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph physics.chem-ph
Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract
介绍了一种用于妇科肿瘤治疗的精子驱动微电机载药系统。这种特殊的混合微马达对治疗女性生殖道疾病很有吸引力，生殖道是精子细胞自然适应的生理环境。在这里，单个精子细胞用作活性药物载体和驱动力，利用其游泳能力，而涂覆有纳米铁层的激光打印微结构用于分别通过外部磁体和结构上施加的机械致动在所需区域引导和释放精子。打印的管状微结构具有四个臂，当它们在推压肿瘤球体时弯曲时，这些臂原位释放载药的精子细胞，从而导致药物递送，这发生在精子挤压癌细胞并与细胞膜融合时。与其他纳米和微载体相比，精子还提供更高的药物包封能力和携带稳定性，最大限度地减少毒性作用和不必要的药物积累。此外，与其他细胞或微生物不同，精子既不表达致病蛋白质，也不增殖形成不需要的菌落，这使得这种生物混合系统成为用于各种生物医学应用，特别是妇科保健的独特且生物相容的货物递送平台。
2017-03-24 physics.bio-ph physics.med-ph q-bio.CB
Fine-Tuning Hydrophilic-Hydrophobic Balance in Stimuli-Responsive PEGPNIPAM Micelles for Controlled Drug Delivery
本研究通过粗粒化分子动力学模拟揭示了PEG-PNIPAM嵌段共聚物胶束中亲水/疏水平衡对阿霉素包封与释放的调控机制，为精准癌症治疗中的可控药物递送提供了分子层面的设计依据。
2025-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Drug delivery from microcapsules: how can we estimate the release time?
预测药物释放装置的释放性能是药剂学和生物医学科学中的一个重要挑战。本文研究了药物从复合球形微囊释放到外部介质中的多层扩散模型。基于这个模型，我们提出了两种方法，提供了有用的指标的释放时间，即所需的时间为药物填充的胶囊被耗尽。这两种方法都利用了胶囊中心的药物浓度与时间曲线的时间矩，这为该过程的时间尺度提供了有用的见解，并且可以精确计算，而无需显式计算多层扩散模型的完全瞬态解。第一种方法，它只使用第零和第一时间矩，提供简单的代数表达式，涉及模型中的各种参数（例如层扩散系数，传质系数，分区系数），以表征释放时间，而第二种方法产生的释放时间的渐近估计，取决于连续的较高的时刻。通过几个测试的情况下，我们表明，这两种方法提供了一个计算便宜和有用的措施比较\textit{a priori}不同的复合微胶囊配置的释放时间。
2019-01-24 cond-mat.soft physics.med-ph
Modelling mass diffusion for a multi-layer sphere immersed in a semi-infinite medium: application to drug delivery
我们提出了一个一般的机械模型的质量扩散的复合球放置在一个大的环境介质。多层问题是由一个系统的扩散方程耦合通过层间边界条件，如施加有限的质量电阻在球体的外表面。虽然这项工作是适用于在一个多层球的传热或传质的一般问题，分析和结果的背景下，解吸和吸收球形微胶囊的药物动力学。我们推导出一个解析解的浓度在球体和周围介质中，避免任何人为截断在有限的距离。在每个同心层的封闭形式的解决方案表示在一个适当定义的逆拉普拉斯变换，可以进行数值计算。的浓度分布和药物质量曲线在球形层和外部环境中，并在球体的表面上的传质系数的解决方案的依赖性进行了分析。
2018-01-16 cond-mat.soft physics.med-ph
Drug-delivery Ca-Mg silicate scaffolds encapsulated in PLGA
K. N. Toosi University of Technology（肯尼·托西理工大学）；Hamadan University of Medical Sciences（哈马丹医科大学）；Marquette University School of Dentistry（马凯特大学牙科学院）
本研究开发了具有骨组织再生和局部抗生素递送功能的双功能支架，通过泡沫复制品法制备了可生物降解的bredigite支架，负载万古霉素并封装在PLGA涂层中，优化了药物释放动力学和细胞相容性。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
Controlled drug delivery from chitosan-coated heparin-loaded nanopores anodically grown on nitinol shape-memory alloy
K. N. Toosi University of Technology（肯恩·托西理工大学）；Hamadan University of Medical Sciences（哈马丹医科大学）；Marquette University School of Dentistry（马凯特大学牙学院）
本研究通过电化学阳极化和壳聚糖包覆在硝酸盐合金上制备纳米孔，实现肝素的受控释放，用于心血管支架应用。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
Numerical method to characterise capsule membrane permeability for controlled drug delivery
由于涉及多个制备因素和参数，胶囊的设计和表征不是一件容易的事。在这里，提出了一种新的方法，通过逆的方法来计算胶囊膜对溶质分子的渗透性。通过膜在胶囊芯和周围介质之间的化学物质的运输由具有位置依赖性扩散系数的Fick第二定律描述。在球坐标系中使用有限差分法计算多层结构中的扩散。他们验证使用半解析解和完全三维格子玻尔兹曼模拟。作为概念证明，该方法适用于葡萄糖释放和吸收动力学文献中的实验数据，以确定胶囊的膜渗透性。所提出的方法是易于使用，并正确地确定药物控释和吸收应用的胶囊膜的渗透性。
2021-11-02 physics.chem-ph physics.data-an physics.med-ph
Numerical evaluation of spray position for improved nasal drug delivery
局部鼻内喷雾剂是人类鼻窦疾病最常用的处方治疗选择之一。然而，说明中的不一致和模糊性表明缺乏关于最佳喷雾使用技术的明确知识。在这项研究中，我们已经确定了一种新的非处方鼻喷雾剂的使用策略，与流行的喷雾技术相比，该策略在患病部位的局部给药方面平均改善了8倍。该协议涉及重新定向喷雾轴，以利用惯性运动的微粒，并已开发使用计算流体动力学模拟呼吸气流和液滴运输的医学成像为基础的数字模型。代表性模型中的模拟剂量通过使用伽马射线照相技术在3D打印解剖复制品中进行体外喷雾测量来验证。这项工作开辟了新的领域，提出了一种替代的用户友好的策略，可以显着提高局部交付内的人的鼻子。虽然这些发现最终可以转化为个性化的喷雾使用说明，因此值得改变鼻腔护理标准，但这项研究还表明，相对简单的工程分析工具可以彻底改变日常医疗保健。
2019-12-20 physics.bio-ph physics.flu-dyn physics.med-ph
Cyclic jetting enables microbubble-mediated drug delivery
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；University Hospital Zürich, University of Zürich（苏黎世大学医院，苏黎世大学）；Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (EMPA)（瑞士联邦材料科技研究院）
针对微泡增强药物吸收机制不明的问题，本研究通过时间分辨侧视可视化揭示微秒超声驱动下单个微泡通过周期性微射流刺破细胞膜并诱导药物摄取，建立形成阈值，阐明其物理机制并提供安全应用标准。
2025-11-13 physics.bio-ph physics.flu-dyn physics.med-ph
Mixed cationic liposomes for brain delivery of drugs by the intranasal route: the acetylcholinesterase reactivator 2-PAM as encapsulated drug model
以L-α-磷脂酰胆碱和双十六烷基甲基羟乙基溴化铵（DHDHAB）为基础，设计了一种新型混合阳离子脂质体，用于克服鼻内途径的血脑屏障穿越。对DHDHAB的合成和自组装进行了研究。该化合物具有较低的临界缔合浓度（0.01 mM），对疏水性染料Orange OT具有良好的增溶性能，对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌（MIC= 7.8 μ g·mL-1）和蜡样芽孢杆菌（MIC=7.8 μg·mL-1）具有较好的抗菌活性，对人红细胞的溶血活性较低（<10%）。确定了室温下具有良好胶体稳定性的阳离子囊泡和混合脂质体的制备条件。鼻内给药的罗丹明B-负载的阳离子脂质体被证明，以增加生物利用度到大脑相比，静脉注射。以胆碱酯酶再激活剂2-PAM为模型药物，制备了阳离子脂质体。2-PAM阳离子脂质体具有较高的包封率（约90%）和流体动力学直径（接近100 nm）。鼻内给药的2-PAM负载的阳离子脂质体有效对抗对氧磷诱导的脑中乙酰胆碱酯酶抑制。2-PAM负载的脂质体重新激活12 +/- 1%的脑乙酰胆碱酯酶。这一令人鼓舞的结果打开了可能性，使用市售的带正电荷的肟在医疗对策对有机磷中毒的中央乙酰胆碱酯酶的重新激活，通过实施一种非侵入性的方法，通过“鼻-脑”的途径。
2018-08-16 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.med-ph
Microfluidic Bioelectrical Impedance Drug Delivery Device for Patients with Acute Exacerbations of Chronic Obstructive Pulmonary Disease
本文提出一种微流控生物电阻抗药物递送贴片，通过检测胸锁乳突肌收缩并释放肌肉松弛剂，帮助COPD患者在未携带吸入器时快速缓解支气管痉挛急性发作。
2024-11-24 eess.SP physics.med-ph
Fabrication, drug delivery kinetics and cell viability assay of PLGA-coated vancomycin-loaded silicate porous microspheres
K. N. Toosi University of Technology（K.N.托伊西理工大学）；Arts et Metiers Institute of Technology, CNAM, PIMM, HESAM University（巴黎国立高等工艺学院，CNAM，PIMM，HESAM大学）；Arts et Metiers Institute of Technology, CNAM, LIFSE, HESAM University（巴黎国立高等工艺学院，CNAM，LIFSE，HESAM大学）
本研究开发了PLGA包覆的含万古霉素硅酸盐多孔微球，通过控制释放机制和生物相容性测试，验证其在骨组织工程中的应用潜力。
2025-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
Clinically Ready Magnetic Microrobots for Targeted Therapies
Magnebotix AG（Magnebotix公司）；University of Würzburg（维尔茨堡大学）；University of Thessaly（色萨利大学）；University of Barcelona（巴塞罗那大学）；Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)（加泰罗尼亚研究与高等教育学院）；Porto University（波尔图大学）；Fudan University（复旦大学）；Yiwu Research Institute of Fudan University（复旦大学义乌研究院）；University Hospital of Zurich（苏黎世大学医院）；University of Zurich（苏黎世大学）；University Children's Hospital Zurich（苏黎世大学儿童医院）；Kantonsspital Aarau AG（阿尔高州立医院）；University Hospital Zurich（苏黎世大学医院）
本研究提出一种临床级磁性微机器人系统，通过整合电磁导航、释放导管和可溶解胶囊，实现精准靶向药物输送，提高治疗效果。
2025-01-20 cond-mat.mtrl-sci cs.RO cs.SY
Spray characteristics from nasal spray atomization
除了局部递送之外，鼻喷雾剂提供了体循环的替代药物施用途径，因此避免了对痛苦的侵入性递送技术的需要。尽管鼻腔给药具有潜力，但迄今为止对鼻腔给药疗效的研究一直存在冲突。特别地，鼻喷雾沉积的计算研究，例如计算流体动力学（CFD）需要现实的初始喷雾条件，这在文献中是缺乏的。本研究的目的是提供基准实验数据的CFD输入表征四种不同类型的市售鼻喷雾剂用于耳鼻喉科（耳鼻喉科）诊所。喷雾特性通过高速摄像获得，而液滴尺寸分布（DSD）的测量获得激光衍射。评价了三个驱动力，代表了普通成人、普通儿童和施加到喷雾装置的最大力的用例。结果表明，驱动力影响喷雾速度，喷雾持续时间，DSD，和破碎长度。发现了Rosin-Rammler直径分布、喷雾锥角、分散角和破碎长度的定量数据，辅助具有现实值的计算模型，从而改善了未来鼻腔喷雾药物递送的CFD研究。
2022-05-04 physics.flu-dyn physics.med-ph
All-optical nanoscale heating and thermometry with resonant dielectric nanoparticles for photoinduced tumor treatment
全介电纳米光子学成为各种光学应用的通用工具，包括纳米测温和光学加热。它的一般概念包括在非等离子体纳米粒子中激发Mie共振。然而，共振介电纳米颗粒在药物递送应用中的潜力仍然没有完全实现。在此，光学共振介电氧化铁纳米颗粒（$α$ O $_3$ NP）用于用作药物递送平台的微容器的远程破裂。理论和实验证明，与先前使用的材料（例如贵金属和硅）相比，$α$ $_2$ O $_3$ NP在光-热能转换方面具有若干优点，这是由于有效光学加热的更宽光谱范围，以及在增强热敏拉曼信号方面。将嵌入通用药物载体（聚合物胶囊）壁中的$α$ $_2$ O $_3$ NP用于实验测定激光照射时胶囊破裂的局部温度（170 $^o$ C）.作为原理的证明，我们成功地显示了使用$α$-Fe $_2$ O $_3$ NP修饰的聚合物胶囊在降低的激光照射（4.0 $\times$ 10 $^4$ ~W/cm $^2$）下抗癌药物长春新碱的递送和远程释放.对两种主要细胞类型进行生物学测试：（i）癌细胞，作为恶性肿瘤的实例，和（ii）人干细胞，作为健康细胞的模型。所开发的由介电纳米颗粒修饰的聚合物胶囊组成的递送系统为远程药物释放和温度检测提供了多功能平台。
2019-06-13 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Competition of carrier bioresorption and drug release kinetics of vancomycin-loaded silicate macroporous microspheres to determine cell biocompatibility
Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology（材料科学与工程系，K. N. 托基理工大学）
研究万古霉素负载的硅酸盐多孔微球的载体生物吸收与药物释放动力学竞争，以评估其细胞生物相容性。
2026-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
Collective guiding of acoustically propelled nano- and microparticles for medical applications
自推进纳米和微型器件最重要的潜在应用之一是靶向药物递送。为了实现这一点，需要能够被共同引导朝向患者体内的目标的生物相容性颗粒。声推进纳米和微粒构成了这样的生物相容性，人工能动颗粒的有前途的候选人。通过自推进纳米和微型装置进行靶向药物递送的主要剩余障碍是还实现可靠且生物相容的方法，用于将它们集体引导到它们的目标。在这里，我们提出了这样一种方法。正如我们通过计算机模拟所证实的，它允许通过结合空间和时间相关的声场和时间相关的磁场来远程引导大量的声学推进粒子到规定的目标。该方法的工作原理没有详细的知识粒子的位置和任意的初始粒子分布。有了这些功能，它铺平了道路，为未来的应用自推进粒子作为车辆的靶向药物输送在纳米医学。
2021-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.bio-ph
Application of underdamped Langevin dynamics simulations for the study of diffusion from a drug-eluting stent
我们使用一个带有半透膜的一维双层模型来研究药物洗脱支架（DES）释放的治疗药物的扩散。通过使用欠阻尼Langevin动力学模拟计算药物从支架涂层转移到动脉壁的速率。我们的研究结果表明，膜几乎没有延迟从DES的传输速率的影响。这项工作表明了欠阻尼朗之万动力学模拟的巨大潜力，作为一个易于实现的，有效的，解决复杂的扩散问题的方法在系统中的空间依赖的扩散系数。
2018-05-17 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.med-ph
Review Article: Integral Role of Physics in Advancing Pharmacy Education and Research
本文综述了物理学在药学教育与研究中的核心作用，涵盖课程融合、分子建模、成像与纳米递送技术，并展望AI与物理学结合推动药物科学变革的前景。
2025-01-02 physics.ed-ph physics.med-ph physics.pop-ph
Molecular-Size Control of Properties of Therapeutic Nano-Paper Allows for Selective Drug Storage in Small Doses
本文提出一种由纤维素和肽水凝胶构建的纳米交织模板，通过调节亲脂性实现小剂量选择性药物储存与控释，有望推动个性化医疗发展。
2025-09-09 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph physics.med-ph
