基于粒子的纳秒至MHz频率的虚拟超声机用于生物医学模拟
软凝聚态物质
2026-02-18 v1 介观与纳米尺度物理
生物物理
计算物理
摘要
超声-物质相互作用支撑着众多生物医学和软物质应用，但由于粘性时间尺度与声波时间尺度的巨大分隔，模拟这些现象具有挑战。连续介质方法能够捕获大尺度波传播，却无法解析微尺度相互作用；而粒子基方法提供了分子分辨率，但在更大尺度上效率和稳定性方面存在困难。我们引入一种基于粒子的虚拟超声机，采用新型平滑耗散性粒子动力学变体，配合隐式压力求解器和负压稳定方案，以模拟MHz至GHz频率范围内的声波传播。我们通过对封装微泡的声学力学（acoustophoresis）建模，展示了其能力，这是超声介导药物递送的关键机制。除此应用外，该方法为模拟软质和生物材料中的波-物质相互作用提供了可通用的平台，为科学与工程中声学驱动现象的计算研究开辟了新方向。
引用
@article{arxiv.2602.15442,
title = {Virtual ultrasound machine operating in a GHz to MHz frequency range for particle-based biomedical simulations},
author = {Urban Čoko and Tilen Potisk and Matej Praprotnik},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.15442},
year = {2026}
}