مدل سازي عددي سامانه دارورساني هوشمند چند لايه پاسخگو به دما در حالت ناپايا

Numerical Modeling of the Temperature-responsive Multi-layer Smart Drug delivery System at Unsteady State

در اين تحقيق، نحوه پاسخ‌دهي سامانه نوين دارورساني پاسخگو به عامل تحريك تك‌گانه دما بررسي شده و عملكرد سامانه در حالت ناپايا به روش عددي مدل‌‌سازي شده است. سامانه مورد نظر، مركب از سه لايه مجرا، شامل هسته دارويي، لايه مياني تغيير فاز دهنده و لايه محافظ بيروني است. سامانه مورد نظر قابليت انجام و قطع رهايش دارو با اعمال تغيير در دماي محيط رهايش را دارا بوده و دارو با مكانيسم روشن-خاموش قابل آزادسازي از سامانه است. مدل‌سازي رياضي با حل عددي معادلات انتقال حرارت و جرم حاكم بر لايه‌هاي مختلف سامانه در حالت ناپايا به انجام رسيد و تاخير زماني سامانه در حالت روشن، سينتيك رهايش دارو در حالت‌ روشن و همچنين سينتيك رهايش ناخواسته دارو در حالت خاموش، به عنوان توابعي از پارامترهاي مختلف سامانه بدست آمد. نتايج حاصل از مدل‌سازي نشان داد كه عواملي چون ابعاد سامانه، نوع مواد تشكيل دهنده لايه‌هاي مياني و محافظ و نسبت ضريب هدايت حرارتي لايه مياني در حالت ذوب شده به لايه محافظ از جمله عوامل مهم تاثيرگذار بر پاسخگويي سامانه در قبال تغيير دماي محيط بوده و با تغيير اين عوامل، كاهش در تاخير زماني سامانه براي شروع رهايش دارو قابل حصول است. از منظر سينتيك رهايش دارو در حالت‌ روشن مي‌توان عنوان نمود كه مقدار داروي آزاد شده، تابعي از ثابت زماني سامانه بوده و براي افزايش مقدار داروي آزاد شده در اين حالت، بايد ثابت زماني سامانه را كاهش داد. نتايج همچنين نشان داد كه براي تسريع رهايش ناخواسته داروي موجود در لايه محافظ در حالت خاموش و اتمام سريع رهايش، بايد متغير‌هاي مربوط به لايه محافظ مانند نوع و ضخامت ‌آن را تغيير داد. با استفاده از نتايج حاصل از مدل‌‌سازي عددي مي‌توان سامانه‌هاي دارو‌رساني هوشمند پاسخگو به دما با ويژگي‌هاي مطلوب و مورد نظر را براي مصارف عملي، طراحي و توليد كرد.

In this research, the response of a novel drug delivery system responsive to the temperature, as a unique stimulus, was studied. The performance of the system was modeled at the unsteady state, using the numerical method. The system has three individual layers, containing a drug core, a phase-transient intermediate layer and an external protective layer. The system has the ability to start and stop the release of the drug, according to the On-Off mechanism, by exerting any changes in the temperature of the release medium. Mathematical modeling was performed by solving the heat and mass transfer equations governing the layers of the system at the unsteady state. The lag time of system at On state, the drug release kinetics at On state and undesired drug release kinetics at Off state were determined as functions of the parameters of the system. The results obtained from the modeling showed that response of the system was under the influence of different parameters, such as the geometry of the system, the kind of constituents of the intermediate and protective layers and the ratio of the thermal conductivity of the intermediate layer at molten state to the thermal conductivity of the protective layer. It was shown that a reduced lag time for the system could be achieved by manipulating these parameters. From the viewpoint of the drug release kinetics at On state, it could be declared that the amount of the released drug is a function of the time constant of the system and the drug release could be increased by decreasing the time constant value. The results also showed that the undesired release of the drug could be accelerated by adjusting the parameters of the protective layer, such as the kind of constituents and the thickness of the layer. Using the obtained results from the numerical modeling, one can design and produce the temperature-responsive smart drug delivery systems with desired characteristics for practical applications.