基于COMSOL的微针穿刺表皮细胞电穿孔模拟探究细胞浓度与电磁场分布

简介：
本文深入阐述了基于COMSOL软件平台进行微针穿刺表皮细胞的数值模拟研究，旨在探讨细胞内离子浓度变化与电场分布之间的相互作用机制。首先，构建了一个包含圆锥形针尖结构和球形细胞模型的几何框架，并通过设定合理参数如锥角、曲率半径等关键指标来优化模拟效果。在此基础上，采用了一种薄层边界处理方法来模拟细胞膜的电穿孔过程。随后，在求解器设置中，结合了稳态与瞬态计算策略以确保能够捕捉到微针穿刺过程中重要的动态特征。研究结果表明，电场在针尖区域产生了明显的集焦效应，导致表皮细胞膜发生破裂并引发物质快速扩散现象。此外，通过调整微针的几何形状和电场强度等关键参数，可以有效调控药物释放效率，为微针给药技术的实际应用提供了理论依据。研究还提出了进一步优化方向，如引入温度场耦合分析以及考虑针尖振动效应等，为后续研究工作奠定了基础。