Tsinghua Biomedical Micro-system Lab

Pioneer in Liquid Metal Research

生物医学中的基础热物理问题研究

纳米冷冻治疗

纳米冷冻手术突破了传统低温医学技术的治疗极限。研究表明,当将一定量特定功能的纳米颗粒溶液添加到目标组织后,可以有选择性地显著提升该处的降温速率及强度,从而大大扩展常规冷冻探针的消融范围。特别是,由于纳米颗粒的加载,目标组织内冰晶的成核几率及结冰量会得以显著增强,从而对肿瘤细胞造成更为彻底的杀灭。而且,通过引入特定纳米颗粒,还可使得冷冻治疗过程中的冰球生长过程更易于通过医学影像设备监测出来,从而引导实现更为精确的肿瘤靶向治疗。根据需要,也可利用纳米颗粒携带抗肿瘤药物进入目标肿瘤,再结合低温手段对病变细胞造成多重杀伤。由于纳米颗粒的添加十分简便,因而能以一种相对易于实施的方式调控冷冻过程中冰球的生长方向、形状和大小,这对于实现精确化、绿色化及适形化肿瘤消融具有十分关键的意义。

近期,研究组在为肿瘤纳米治疗技术寻找毒副作用小、生物相容性好的纳米材料方面取得了新的进展。他们提出了基于可生物降解镁基纳米材料的肿瘤冷、热治疗方法,系列论文发表于纳米医学领域知名期刊:Nanomedicine。

临床优势

  1. 调控冰晶生长
  2. 提高成像分辨率

复杂扩散理论

建立了刻画生物体复杂扩散过程的理论模型,研究了双稳态和激发态系统扩散过程动力学机制,特别研究了心电信号传输机理,揭示组织各向异性诱导的心电破碎机理。在此基础上,更首次推导出双稳态反应扩散系统中的各向异性扩散作用。

在该研究中,美国物理学会杂志编辑特别从美学角度将其中一幅数值模拟图纳入万花筒图片专题(PRE Kaleidoscope Images)。美国物理学会网站主页同时以主题为“各向异性斑图(Anisotropy Patterns)”的图片新闻进行了报道,认为论文中关于物质各向异性的研究对认识心脏搏动以及化学反应中的波传播等物理现象的机理非常有用。

生物传热方程数值计算方法

为生物传热方程的数值求解发展了多种计算方法:如双倒易边界法,蒙特卡洛法,交替方向有限差分方法,自适应网格的边界热源法。上述算法,不仅计算精度高、计算效率高,同时为生物传热方程的推广应用奠定了坚实的基础。

 

红外热诊断技术中基础热物理问题

基于生物传热学及红外热成像技术,紧密围绕着骨关节炎早期辅助诊断、预防筛查乃至关节功能康复引导和评估的重大临床需求,建立了一种高效、经济、易于推广的关节功能康复治疗的红外影像技术,发展出在骨关节病临床诊断、治疗上高效率、高可靠、低成本、易普及的热医学影像辅助诊断平台及规范。

红外热诊断技术还被应用于肿瘤的早期筛查、甲状腺疾病诊断、颈动脉粥样硬化斑块的辅助诊断、植入式医疗器械工作状态评估等领域,并可在激光辅助作用下进行体表血液流速测量。

碱金属靶向热化学消融疗法

该方法可确保只在目标部位释放高强度热量(组织温度最高可达200°C以上),而对周边组织则无明显加热及机械创伤,且毒副作用较小,这是许多传统热疗设备很难作到的。系列离体及在体动物试验,证实了新方法的可行性。


基于酸碱中和热反应消融疗法

基于酸碱中和反应,构建了新型的微创热疗模式。生物酸和生物碱互相混合,发生中和反应释放出大量的热量,从而实现对靶向病灶的热损伤。该方法具有优异的适形化功能。

Created: Mar 24, 2018 | 13:52