نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو/دانشگاه تهران

2 دانشیار/دانشگاه تهران

10.22041/ijbme.2021.141559.1652

چکیده

ریزسوزن‌ها نوعی سوزن با ابعاد میکرونی هستند که بعد از تحویل دارویی از طریق دهانی و تزریقی سومین سیستم تحویل پرکاربرد هستند. باتوجه به هزینه‌ی بالای ساخت ریزسوزن، شبیه‌سازی عددی نفوذ ریزسوزن در پوست می‌تواند برای بررسی استحکام ریزسوزن و هم‌چنین اثر آن روی پوست در حین نفوذ مفید باشد. در این پژوهش ابتدا یک روش شبیه‌سازی جدید در نرم‌افزار آباکوس با روش صریح، با استفاده از المان‌های کوهسیو برای بررسی نفوذ ریزسوزن در پوست ساعد دست انسان ارائه شد. پوست به‌صورت مدل هایپرالاستیک اوگدن و دولایه در نظر گرفته شد. ریزسوزن به‌عنوان جسم صلب در نظر گرفته شد و به آن سرعت ثابت 6/0 میلی‌متر بر ثانیه اعمال شد. ریزسوزن دارای بالک با عنوان‌های زیست‌الهام بررسی و پارامترهای مهم آن مانند ارتفاع، تیزی و زاویه بالک ارزیابی گردید. در انتها چند مدل پیشنهادی از ریزسوزن‌ها به‌همراه شیارهای طولی برای افزایش تمرکز تنش روی پوست و جلوگیری از اصطکاک ارائه شده است. مقایسه ریزسوزن بالک‌دار طراحی شده با ریزسوزن بدون بالک نشان می‌دهد که ریزسوزن بالک‌دار تمرکز تنش بیشتری حدود دوبرابر روی پوست ایجاد می‌کند، اما نیروی نفوذ را به‌اندازه‌ی 15 درصد کاهش می‌دهد، که در نتیجه‌ی آن راحت‌تر در پوست نفوذ می‌کند. نتایج حاصل بیان می‌کند شیارهای طولی کاهشی تا حدود 10 درصد تنش ایجاد شده در پوست را افزایش داده ولی تاثیر ناچیزی برروی نیروی نفوذ در پوست دارند. نتایج این پژوهش می‌تواند در زمینه دارورسانی، نمونه‌برداری، جوان‌سازی به‌وسیله ریزسوزن و همچنین برای ساخت چسب‌های پزشکی و ریزسوزن‌های مورد استفاده در ثبت سیگنال زیستی مانند الکتروکاردیوگرافی، الکترومایوگرافی و الکتروانسفالوگرافی نیز مفید باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Quantitative Analysis of Biomechanical Parameters of Bioinspirational Designed Medical Microneedles in Interaction with Skin Using Finite Elements Method

نویسندگان [English]

  • Yasaman Amiri, 1
  • Bahman Vahidi 2

1 MSc Student/University of Tehran

2 Associate professor/University of Tehran

چکیده [English]

Microneedles are a type of micron-sized needle that is the third most widely used delivery system after oral and injectable drug delivery, used in a variety of fields including drug release and rejuvenation. Optimizing the geometry of microneedles to reduce pain and inflammation has been important in recent years. Due to the high cost of microneedle fabrication, numerical simulation of microneedle penetration into the skin can be useful to evaluate the microneedle strength as well as its effect on the skin during penetration. In this study, first a new simulation method in Abaqus software with explicit method using cohesive elements to investigate the penetration of microneedles in the skin of the human forearm was presented. The skin was considered as Ogden and bilayer hyperelastic models. The microneedle was considered as a rigid body and a constant velocity of 0.6 mm/s was applied to it .The microneedle with bulk with bio-inspired titles was examined and its important parameters such as height, sharpness and bulk angle were evaluated. Finally, some proposed models of microneedles with longitudinal grooves are presented to increase the concentration of stress on the skin and prevent friction. A comparison of the designed microneedle with the barbless microneedle shows that the barbed microneedle concentrates more than twice as much stress on the skin, but reduces the penetration force by as much as 15%, making it easier to penetrate the skin. The results show that the reduction longitudinal grooves increase the tension created in the skin by about 10%, but have little effect on the penetrating force on the skin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • bioinspiration
  • Microneedle
  • cohesive element
  • finite element method