Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

بررسی اثر جهت گرانش بر میزان جذب میکروذرات در مسیرهای هوایی ریه موش

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، آزمایشگاه دینامیک سیالات زیستی، دانشکده مهندسی پزشکی، صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 استادیار، آزمایشگاه دینامیک سیالات زیستی، دانشکده مهندسی پزشکی، صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 دکتری از مرکز بین رشته ای محاسبات علمی، دانشگاه هایدلبرگ، هایدلبرگ، آلمان

10.22041/ijbme.2025.2052205.1959
چکیده
درکی مناسب از نحوه توزیع ذرات در مسیرهای هوایی ریه به تحقیقات حوزه دارورسانی هدفمند کمک شایانی می کند. از آنجایی که در آزمایشات به منظور بررسی اثر دارو یا سموم بر روی سیستم تنفسی معمولا از موش‌ها استفاده می‌شود، دستیابی به یک مدل CF-PD از جذب ذرات در ریه موش می‌تواند با ایجاد یک مدل تکرارپذیر، به بررسی اثر عوامل مختلف در جذب ذرات در ریه کمک کند. در این تحقیق اثر جهت گرانش بر روی جذب ذرات در مسیرهای هوایی ریه چپ موش مورد بررسی قرار گرفت. برای تشکیل هندسه، از تصاویر با وضوح بالای LSFM استفاده شد. هندسه به دست آمده از مسیرهای هوایی ریه به مرتبه‌های مختلف تقسیم شد و با شبیه سازی جریان هوای آرام با نرخ ml⁄min 72 و تزریق ذرات با اندازه بین µm 1 تا µm 10 به آن، اثر شش جهت مختلف گرانشی بر میزان جذب ذرات در مرتبه‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌های تحقیق شامل درصد ذرات جذب شده و دوز نرمال ذرات جذب شده در هر مرتبه و میانگین درصد و دوز نرمال جذب شده در هر مرتبه از مسیرهای هوایی است. بر اساس نتایج، جهت گرانش نقشی موثر بر میزان جذب ذرات میکرونی در مسیرهای هوایی ریه موش داشته است. بیشترین میزان تاثیر جهت گرانش در یک اندازه ذره مشخص و در یک مرتبه مربوط به ذرات با اندازه µm 2 در مرتبه سوم از مسیرهای هوایی بوده است که تفاوتی 2100% درصدی را در میزان جذب در راستاهای گرانشی -x و +z نشان می‌دهد. کمترین اثر جهت گرانش بر میزان جذب ذرات هم مربوط به اندازه ذره µm 3 و مرتبه دوم مسیرهای هوایی است که تفاوت میان بیشینه جذب ذرات در راستای گرانشی -y و کمینه مقدار آن در راستای گرانشی +y به میزان 12% بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigating the effect of gravity direction on micro-particle deposition in the mouse lung airways

نویسندگان English

Mohsen Estaji 1
Malikeh Nabaei 2
Ali Farnoud 3
1 Ph.D. Student, Biological Fluid Dynamics Research Laboratory, Biomedical Engineering department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Assistant professor, Biological Fluid Dynamics Research Laboratory, Biomedical Engineering department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
3 Ph.D. from Interdisciplinary Center for Scientific Computing, Heidelberg University, Heidelberg, Germany
چکیده English

Understanding spatial distribution of particles in lung airways can be helpful in the field of targeted lung drug delivery research. Since mice are usually used in Pharmaceutical and toxicological tests of the respiratory system, achieving a CF-PD model of particle deposition in the mouse lung can be helpful to investigate the effects of various parameters on particle deposition in the mouse lung by creating a Repeatable model. In this research, the effect of gravity direction on particle deposition in the left lung airways of a mouse was investigated. High-resolution LSFM images were used to form the geometry. The obtained geometry was divided into different orders, and by modeling a laminar airflow rate of 72 ml⁄min and injecting particles with sizes between 1 µm and 10 µm into it, the effect of six different gravity directions on the amount of particle deposition at different orders was studied. The results of the study include the percentage of particles deposition in each order, the normal dose of particles in each order, and the average percentage and normal dose of particles in each order of the airways. According to the obtained results, the direction of gravity played an effective role in the rate of micro-particle deposition in the airways of the mouse lungs. The greatest effect of the gravity direction at a given particle size and order belongs to 2 µm particles in the third order of the airways, which showed a 2100% difference in the rate of deposition in the gravitational direction of -x and +z. The least effect of gravity direction on particle deposition is related to particle size of 3 µm and second order of the airways, where the difference between maximum particle deposition in the -y gravitational direction and its minimum value in the +y gravitational direction was 12%.

کلیدواژه‌ها English

Lung airways
Microparticles
Particle deposition
Normalized dose
Gravity direction
Mouse lung
دوره 19، شماره 3
پاییز 1404
صفحه 379-397

  • تاریخ دریافت 14 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری 25 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش 24 اردیبهشت 1404