Details

Объект исследования – адресная доставка лекарств в кровеносной системе под действием гидравлических сил и электрического поля. Цель работы – разработать модель направленного транспорта заряженных частиц лекарственного средства, введенных в кровеносную систему и управляемыми электрическим полем, и обеспечить их осаждение на стенку кровеносного сосуда. Для расчетов применено специализированное программно-математическое обеспечение COMSOL Multiphysics. В результате исследования построена численная 3D-модель массопереноса дискретного потока смеси частиц с разными зарядами, имитирующих лекарственный препарат. Обоснована возможность исключения диффузионных эффектов из-за их малости. Устойчивость счета была подтверждена для разных расчетных сеток. Эффективность данной модели доставки лекарств составляет 70-80 процентов, что соответствует результатам аналогичных исследований направленного транспорта. Обнаружено наличие оптимальных режимов для различных компонентов многокомпонентной смеси, что в перспективе позволит подбирать подходящие условия управления системой для каждого клинического случая. Результаты исследования были опубликованы в тезисах конференций «Неделя науки ИЭИТ 2023» (20–25 ноября 2023 года), XII Всероссийской Научно-практической конференции с международным участием «Наука настоящего и будущего» (16–17(18) мая 2024),  и включены в отчет Лаборатории информационно-измерительных био- и хемосенсорных микросистем Института аналитического приборостроения РАН.

The object of the study is targeted drug delivery in the blood system under the action of hydraulic and electric field forces. The aim of the work is development of a model of directed transport of charged drug particles injected into the circulatory system and controlled by electric field, and to provide their deposition on the wall of the blood vessel. Specialized software and mathematical software COMSOL Multiphysics was used for computations. As a result of the study, a numerical 3D model of mass transfer for the flow of a discrete particles mixture with different charges mimicking a drug was constructed. The ability to exclude diffusion effects due to their negligibility was substantiated. The stability of the computation was confirmed for different meshes. The efficiency of this drug delivery model is 70-80 percent, which corresponds to the results of similar studies of targeted delivery. The existence of optimal modes for different components of the multicomponent particles mixture was found, which in the future will allow selecting the appropriate system control conditions for individual clinical cases. The results of the study were published in the abstracts of the conferences “IEIT Science Week 2023” (November 20-25, 2023), XII International Conference “Science: the Present and Future” (May 16-17(18), 2024), and included in the report of the Laboratory of Information-Measuring Bio- and Chemosensor Microsystems of the Institute of Analytical Instrumentation.