مدل سازی یک دستگاه دقیق دارورسانی

راه های مختلفی وجود دارد که از طریق آن داروها و سایر داروها می توانند در طول درمان به بدن بیمار منتقل شوند. اینها شامل پمادهای توپوگرافی، قرص ها، بخارسازها و سیستم های تزریق و سایر موارد است. بسیاری از این سیستم های دارورسانی در مورد مکان، زمان، غلظت و مقدار دارو به دقت زیادی نیاز دارند. اینجاست که شبیه‌سازی می‌تواند کمک بزرگی باشد، زیرا می‌تواند به مدل‌سازی هر یک از این جنبه‌های سیستم تحویل دارو کمک کند. وقتی نوبت به تحویل دارو می رسد، اطمینان از اینکه دوز مناسب دارو تجویز می شود، کلیدی است.

مدل سازی تحویل دارو در مقیاس میکروسیال

در یک سیستم دوز دارو، مانند آنچه که ممکن است توسط یک دستگاه درمانی داخل وریدی (IV) استفاده شود، غلظت داروی مورد نیاز برای تحویل به جریان خون می‌تواند فوق‌العاده دقیق باشد. در این سیستم ها، تحویل دارو باید دقیق باشد. حتی کوچکترین تفاوت در مقدار می تواند به طور بالقوه به بیمار آسیب برساند. به منظور اطمینان از اینکه دوز صحیح داروی محلول در آب می تواند به طور دقیق و دقیق تجویز شود، می توانیم از مدل سازی چندفیزیکی برای تجزیه و تحلیل و بهینه سازی سیستم استفاده کنیم. در این دستگاه میکروسیال، ما می‌توانیم جریان سیال یک قطره آب را در حین حرکت به سمت لوله مویرگی و تماس با غلظت دارو، مدل‌سازی کنیم. این مفهوم در شکل زیر نشان داده شده است:

اصل عملکرد دستگاه دارورسانی

نمودار جزئیات اصل عملکرد دستگاه تحویل دارو. رنگ قطره نشان دهنده غلظت دارو است. با عبور قطره از قسمتی از مویرگ که توسط یک غشای تراوا احاطه شده است، غلظت دارو افزایش می یابد (از آبی به قرمز).

از آنجایی که لوله مویین یک شکل استوانه ای است، می توان از هندسه متقارن محوری برای نمایش سیستم استفاده کرد. سطح خاصی از لوله مویین در یک غشای تراوا که حاوی محلول غلیظ دارو است پوشیده شده است. هنگامی که سطح قطره با غشاء تماس پیدا می کند، دارو به داخل پخش می شود و دوز مورد نظر را در آب پخش می کند. غلظت نهایی دارو در سیستم به سرعت حرکت قطره آب هنگام عبور از غشا بستگی دارد – وقتی قطره فقط برای مدت کوتاهی در تماس با غشا باشد، مقدار کمتری از دارو در صورتی که قطره برای مدت طولانی غشا را لمس کند حل می شود. با تغییر سرعت قطره آب می توان غلظت نهایی دارو را در قطره تنظیم کرد.

در ابتدا، قطره آب در بالای لوله مویرگی ثابت است. هنگامی که قطره رها می شود، به سمت لوله مویین حرکت می کند و قبل از رسیدن به غشای نفوذپذیر تا یک سرعت ثابت شتاب می گیرد. ضریب انتشار دارو در آب 9-5×10 ^متر مربع ^است/s. از آنجایی که سطح قطره در معرض غشاء قرار می گیرد، سرعت آن بین 0.1 تا 1 میلی متر بر ثانیه برای به دست آوردن غلظت نهایی تغییر می کند. هنگامی که قطره برای اولین بار با غشاء تماس می گیرد، پروفیل های میدان سرعت و غلظت کاملاً پیچیده هستند. دورتر از قطره، پروفیل سرعت مطابق با جریان پوازی است، اما در نزدیکی سطح قطره، گردابه‌ها و غیریکنواختی‌ها وجود دارند. این به دلیل این واقعیت است که کل قطره هنگام عبور از غشاء با سرعت ثابت 0.25 میلی متر بر ثانیه حرکت می کند. سرعت ثابت در عرض مویین باعث توزیع مجدد قابل توجه میدان جریان می شود. این مشخصات سرعت 1.5 ثانیه پس از شبیه سازی رخ می دهد. ما می‌توانیم از یک شبیه‌سازی برای بررسی سرعت میدان جریان اطراف قطره و غلظت قطره هنگام انتشار دارو در آب استفاده کنیم. میدان جریان پیچیده و مشخصات غلظت در زیر نشان داده شده است:


سرعت میدان جریان اطراف قطره آب هنگام عبور از غشای نفوذ پذیر. برای بزرگنمایی روی تصویر کلیک کنید.	غلظت دارو در قطره هنگام عبور از لبه غشای تراوا. برای بزرگنمایی روی تصویر کلیک کنید.

تجزیه و تحلیل نمایه غلظت در قطره

ما می‌توانیم کل مقدار دارویی را که در قطره پخش شده است را بر حسب زمان بررسی کنیم. در نمودار زیر، مقدار دارو را در قطره زمانی که قطره با سرعت 0.1 میلی‌متر بر ثانیه حرکت می‌کند، تجزیه و تحلیل می‌کنیم. همانطور که در نمودار مشاهده می شود، غلظت دارو با نمایه s شکل افزایش می یابد. افزایش پیوسته بین 3 تا 6 ثانیه مربوط به زمانی است که سطح قطره با غشاء در تماس است.

غلظت دارو با گذشت زمان افزایش می یابد

علاوه بر این، می‌توانیم تعداد کل مول‌های وارد شده به قطره را با سرعت قطره اندازه‌گیری کنیم. همانطور که در نمودار زیر مشاهده می شود، تعداد مول های وارد شده به قطره تقریباً با سرعت قطره نسبت معکوس دارد. بنابراین، می‌توانیم مقدار دارویی را که اجازه انتشار در قطره را می‌دهد، با تغییر زمان لازم برای عبور کامل دارو از غشاء تغییر دهیم. با شبیه سازی، ما قادر به پیش بینی دقیق و دقیق سرعت مورد نیاز برای دستیابی به یک دوز دارویی خاص هستیم. این سیستم تا پیکومول دقیق است و با استفاده از شبیه‌سازی می‌توانیم سرعت و زمان بهینه را برای تجویز غلظت دارویی مورد نظر پیدا کنیم.

غلظت دارو در مقابل سرعت قطرات