Mathematical Theory and Numerical Methods for Microscale Biomedical Devices

微型生物医学设备的数学理论和数值方法

基本信息

  • 批准号:
    0074043
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 70.72万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2000-09-01 至 2004-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The Investigator and his colleagues study new activematerials and their possible use in micro-electro-mechanicalsystems (MEMS) for biomedical applications. The research projectis motivated by the biomedical revolution based on the use ofemerging materials and emerging mathematical methods of analysisand simulation for applications to noninvasive surgery and drugdelivery at nanoscale to milliscale. The work concerns the use ofsmall scale actuators based on smart materials, especiallyshape-memory and magnetostrictive materials. They study thegrowth of tissue on materials and the interactions withsurrounding tissue and biological fluids, as well as noveldesigns of actuator systems. They consider remote actuationbased on the use of a magnetic field applied external to thebody, and they explore the possible use of MRI. New active materials --- materials that can change shapeunder moderate stimuli, for example --- hold great promise forbuilding MEMS (micro-electro-mechanical systems) for a variety ofapplications. Opportunities in biomedical applications areparticularly intriguing; they include noninvasive surgery anddrug delivery at nanoscale to milliscale lengths. This project isaimed at biomedical MEMS based on the use of new activematerials. The investigators study the properties of activematerials, the behaviors of MEMS that could be built with them,and the interactions between the materials and surroundingbiological tissues and fluids. The work requires new mathematicalmethods of analysis and simulation. Investigators focus on theuse of small scale actuators based on shape-memory and emergingferromagnetic shape-memory materials, energized by a remotelyapplied magnetic field. They study the growth of tissue on thematerials and materials interactions with the elastoviscoussurrounding tissue, as well as novel designs of actuator systemsbased on molecular beam epitaxial growth of films. The use ofMRI for simultaneous imaging and actuation is explored.
研究人员和他的同事研究新型活性材料及其在生物医学应用微机电系统 (MEMS) 中的可能用途。 该研究项目受到生物医学革命的推动,该革命基于新兴材料的使用以及新兴数学分析和模拟方法,应用于纳米级至毫米级的无创手术和药物输送。 这项工作涉及基于智能材料,特别是形状记忆和磁致伸缩材料的小型执行器的使用。 他们研究组织在材料上的生长以及与周围组织和生物液体的相互作用,以及致动器系统的新颖设计。 他们考虑基于使用施加在身体外部的磁场进行远程驱动,并探索 MRI 的可能用途。 新的活性材料——例如在适度刺激下可以改变形状的材料——为构建各种应用的 MEMS(微机电系统)带来了巨大的希望。 生物医学应用的机会尤其令人着迷。它们包括无创手术和纳米级至毫米级长度的药物输送。 该项目针对基于新型活性材料使用的生物医学 MEMS。 研究人员研究活性材料的特性、可用它们构建的 MEMS 的行为,以及材料与周围生物组织和液体之间的相互作用。 这项工作需要新的数学分析和模拟方法。 研究人员重点关注基于形状记忆和新兴铁磁形状记忆材料的小型致动器的使用,并由远程施加的磁场供电。 他们研究组织在材料上的生长以及材料与周围弹粘性组织的相互作用,以及基于薄膜分子束外延生长的致动器系统的新颖设计。 探索了使用 MRI 进行同步成像和驱动。

项目成果

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