数学建模用于生物医学论文提纲

论文题目：微纳米火箭的表界面及运动行为研究

摘要：微纳米火箭作为一种化学能驱动的微纳米器件,通过对其表面功能化可实现药物输送、传感检测、环境处理以及纳米机器人系统等功能。目前针对微米火箭的研究主要集中在减阻提速与运动控制方面,但是现有运动模型对气泡驱动锥形微米火箭运动速度预测不准确,严重影响了微米火箭的应用。在微米火箭运动模型的有关参数中,气泡脱离半径以及绕流阻力对于微米火箭运动速度的有效计算具有重要影响,而且针对微米火箭的运动稳定性及抗干扰性能的研究也未见报道。此外,将微米火箭的尺度缩小到纳米尺度时,其驱动过程与运动行为将发生本质的变化。因此,本文采取了理论建模、模拟仿真与实验相结合的方法,研究了微纳米火箭的表界面及运动行为,具体的研究内容包括以下几个方面:为了揭示锥形微米火箭表界面形状对绕流阻力的影响,运用低雷诺数流体力学方法建立了单锥台、双锥台微米火箭的绕流阻力模型,提出了不同外部构形微米火箭的归一化阻力系数。采用数值仿真方法,研究了锥形微米火箭几何参数对绕流阻力的影响规律,得出了微米火箭阻力系数与微米火箭几何参数的函数关系。为了实现气泡驱动微米火箭运动速度的准确预测,建立了气/固/液三相界面的气泡生长阶段与脱离阶段数学模型,得出了气泡脱离半径、脱离频率规律。采用数值仿真与实验相结合的方法,分析了气泡脱离半径与脱离频率对微米火箭运动速度的影响,可用于微米火箭运动速度预测和构型设计。为了研究微米火箭的表界面微观结构对运动行为的影响,设计并制备了具有条纹槽微观表面结构的微米火箭。采用流体动力学方法建立了条纹槽微观表面结构微米火箭的流体动力学模型,分析了条纹槽微观表面结构对微米火箭运动稳定性的影响,提出了采用压心偏移度作为微米火箭稳定性的衡量指标,得出了条纹槽微观表面结构微米火箭具有抗干扰能力的规律。为了扩展微米火箭在生物医学及生物传感等领域的应用,增强微米火箭表界面的负载功能,研究了石墨烯/锌（r GO/Zn）可降解双层结构微米火箭的制备方法,得到了制备石墨烯/锌微米火箭的工艺参数,探讨了微米火箭石墨烯表面药物负载方法,分析了石墨烯/锌微米火箭的运动行为。基于扩散泳理论分析了双层超微介孔纳米火箭的运动行为,建立了双层超微介孔纳米火箭的运动规律模型。采用嵌段共聚物光刻技术与原子层沉积技术,制备了长度为150nm的管状Ti O2/Pt双层超微介孔纳米火箭。采用有限元模拟仿真与实验相结合的方法,揭示了基于扩散泳理论的双层超微介孔纳米火箭的驱动机理。综上所述,本文通过理论建模、仿真分析与实验研究相结合的方法,研究了化学驱动微纳米火箭的表界面力学行为与运动行为,揭示了微米火箭表界面形状对绕流阻力的影响规律、气泡驱动微米火箭的动力学行为、表界面微观结构对微米火箭运动稳定性的影响规律、双层超微介孔纳米火箭的运动规律,得到了制备石墨烯/锌微米火箭的工艺参数,探讨了微米火箭石墨烯表面药物负载方法,促进了微纳米火箭作为新型载体应用于生物医学或生物传感等领域的发展。

关键词：微纳米火箭;绕流阻力;表界面;微观结构;阻力系数

学科专业：机械电子工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 微纳米火箭的国内外研究现状

1.3.1 微纳米火箭应用现状

1.3.2 驱动机理与运动控制方法

1.3.3 制备方法

1.3.4 微米火箭运动学模型

1.3.5 微纳米火箭表界面行为

1.4 主要研究内容

第2章 锥形微米火箭界面阻力规律研究

2.1 引言

2.2 锥形微米火箭阻力模型

2.2.1 单锥台微米火箭阻力模型

2.2.2 双锥台微米火箭阻力模型

2.2.3 微米火箭阻力系数

2.3 微米火箭阻力系数数值仿真

2.4 本章小结

第3章 微米火箭气泡生长及释放动力学行为研究

3.1 引言

3.2 微米火箭三相界面力学行为研究

3.2.1 气泡生长模型研究

3.2.2 三相界面力学模型研究

3.2.3 气泡脱离规律研究

3.2.4 微米火箭运动速度数学模型

3.2.5 倾斜角对气泡脱离的影响规律

3.3 气泡驱动微米火箭的制备与表征

3.3.1 实验设备与材料

3.3.2 聚乙烯二氧噻吩/铂(PEDOT/Pt)微米火箭制备方法研究

3.3.3 气泡驱动微米火箭的表征

3.4 微米火箭运动行为研究

3.4.1 微米火箭驱动性能实验研究

3.4.2 微米火箭几何参数对运动行为的影响

3.5 本章小结

第4章 微米火箭表面微观结构流体动力学及稳定性研究

4.1 引言

4.2 直条纹槽微米火箭流体动力学模型研究

4.2.1 条纹槽微米火箭流束微元质量体

4.2.2 流束微元动力学方程

4.2.3 直条纹槽微米火箭稳定性分析

4.3 直条纹槽微米火箭流场数值仿真研究

4.3.1 本构方程

4.3.2 微米火箭流场仿真

4.3.3 微米火箭稳定性仿真

4.4 螺旋槽表面微米火箭研究

4.4.1 螺旋槽参数方程

4.4.2 螺旋槽条纹微米火箭转矩分析

4.4.3 螺旋槽微米火箭稳定性分析

4.4.4 数值模拟结果及分析

4.5 条纹槽表面微米火箭运动行为研究

4.5.1 条纹槽微米火箭制备

4.5.2 实验过程及结果分析

4.6 本章小结

第5章 微米火箭制备及运动行为研究

5.1 引言

5.2 实验仪器与材料

5.2.1 主要仪器与设备

5.2.2 主要试剂材料

5.3 石墨烯/锌微米火箭制备方法研究

5.3.1 石墨烯/锌微米火箭可控合成

5.3.2 石墨烯/锌微米火箭的表征

5.4 微米火箭石墨烯表面药物负载方法

5.4.1 阿霉素负载方法

5.4.2 磷脂膜与叶酸修饰方法

5.5 石墨烯/锌微米火箭运动行为研究

5.5.1 石墨烯/锌微米火箭运动速度

5.5.2 石墨烯/锌微米火箭运动时间

5.6 本章小结

第6章 双层超微介孔纳米火箭运动行为研究

6.1 引言

6.2 双层超微介孔纳米火箭驱动机理研究

6.2.1 双层超微介孔纳米火箭驱动机理分析

6.2.2 纳米火箭运动模型

6.3 双层超微介孔纳米火箭驱动机理仿真研究

6.3.1 双层超微介孔纳米火箭有限元模型

6.3.2 双层超微介孔纳米火箭扩散场分析

6.3.3 双层超微介孔纳米火箭驱动规律研究

6.4 双层超微介孔纳米火箭制备及运动行为研究

6.4.1 双层超微介孔纳米火箭制备

6.4.2 双层超微介孔纳米火箭表征

6.4.3 双层超微介孔纳米火箭运动规律实验研究

6.5 本章小结

结论

参考文献

致谢