نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی ارومیه

چکیده

در این تحقیق، نحوه پاسخ‌دهی سامانه نوین دارورسانی پاسخگو به عامل تحریک تک‌گانه دما بررسی شده و عملکرد سامانه در حالت ناپایا به روش عددی مدل‌‌سازی شده است. سامانه مورد نظر، مرکب از سه لایه مجرا، شامل هسته دارویی، لایه میانی تغییر فاز دهنده و لایه محافظ بیرونی است. سامانه مورد نظر قابلیت انجام و قطع رهایش دارو با اعمال تغییر در دمای محیط رهایش را دارا بوده و دارو با مکانیسم روشن-خاموش قابل آزادسازی از سامانه است. مدل‌سازی ریاضی با حل عددی معادلات انتقال حرارت و جرم حاکم بر لایه‌های مختلف سامانه در حالت ناپایا به انجام رسید و تاخیر زمانی سامانه در حالت روشن، سینتیک رهایش دارو در حالت‌ روشن و همچنین سینتیک رهایش ناخواسته دارو در حالت خاموش، به عنوان توابعی از پارامترهای مختلف سامانه بدست آمد. نتایج حاصل از مدل‌سازی نشان داد که عواملی چون ابعاد سامانه، نوع مواد تشکیل دهنده لایه‌های میانی و محافظ و نسبت ضریب هدایت حرارتی لایه میانی در حالت ذوب شده به لایه محافظ از جمله عوامل مهم تاثیرگذار بر پاسخگویی سامانه در قبال تغییر دمای محیط بوده و با تغییر این عوامل، کاهش در تاخیر زمانی سامانه برای شروع رهایش دارو قابل حصول است. از منظر سینتیک رهایش دارو در حالت‌ روشن می‌توان عنوان نمود که مقدار داروی آزاد شده، تابعی از ثابت زمانی سامانه بوده و برای افزایش مقدار داروی آزاد شده در این حالت، باید ثابت زمانی سامانه را کاهش داد. نتایج همچنین نشان داد که برای تسریع رهایش ناخواسته داروی موجود در لایه محافظ در حالت خاموش و اتمام سریع رهایش، باید متغیر‌های مربوط به لایه محافظ مانند نوع و ضخامت ‌آن را تغییر داد. با استفاده از نتایج حاصل از مدل‌‌سازی عددی می‌توان سامانه‌های دارو‌رسانی هوشمند پاسخگو به دما با ویژگی‌های مطلوب و مورد نظر را برای مصارف عملی، طراحی و تولید کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • Mohammad Sirousazar
  • Helga Zebardast
  • Zeinab Hosseini Dastgerdi
  • Farshad Kheiri

Faculty of Chemical Engineering, Urmia University of Technology

چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Smart Drug Delivery
  • Numerical Modeling
  • unsteady State
  • Heat Transfer
  • Mass transfer