22531

مدل‌سازي و شبيه‌سازي رهايش دارور از يك سامانه هيدروژلي

كارشناسي ارشد

طراحي فرآيند

99-00

1398/7/21

دكتر اميد وحيدي

دكتر مرتضي نقيب

مهندسي شيمي، نفت و گاز

دارورساني كنترل‌شده موضوع كليدي دارودرماني در عصر حاضر مي‌باشد؛ كه در آن دستگاه‌ها يا سيستم‌هاي دارورساني نيازمند مدت‌دار شدن بازه رهايش، تثبيت نرخ رهايش، يا رهايش دارو با يك پروفايل از پيش حساب‌شده مي‌باشند. در صنعت دارويي، فرآيند توسعه دستگاه‌هاي دارورساني كنترل‌شده به‌طور چشمگيري توسط مدل‌سازي رياضي مكانيسم‌هاي رهايش دارو به وقوع مي‌پيوندد. طي اين فرآيند ضرورت انجام آزمايش‌هاي متعدد كاهش مي‌يابد. اين‌گونه مدل‌سازي‌ها بسيار پيچيده هستند زيرا عوامل زيادي در حقيقي شدن نتايج دست دارند عواملي مانند(شكل و ابعاد هندسي حامل‌ها، خصوصيات فيزيكي، جنس مواد و...). گاهي اوقات عوامل خارجي محيطي مانند دما يا pH تأثير چشمگيري در نرخ رهايش دارو مي‌گذارند. كار حاضر مدل‌سازي رياضي و شبيه‌سازي رهايش دارو از يك سامانه‌ي هيدروژلي حساس به pH (poly(NIPAAm-co-AAc)) مي‌باشد. در اين مدل، معادلات انتقال جرم نفوذ براي يك سيستم كروي، تك‌بعدي و به‌صورت شعاعي با مرزهاي متحرك ارائه مي‌شود. مسئله نفوذ متقابل بوده و معادلات دارو و حلال به‌طور هم‌زمان و به‌صورت كوپل حل مي‌شوند. هدف اصلي كار ارائه‌شده، اضافه كردن قابليت پيش‌بيني رهايش دارو در pHهاي مختلف به شبيه‌سازي، توسط افزودن يك ترم جديد به تابع ضريب نفوذ دارو مي‌باشد. پس از انجام شبيه‌سازي روي 4 نمونه از 6 نمونه آزمايشگاهي(ارائه‌شده در فصل سوم) و بهينه‌سازي پارامترهاي مربوط به سينتيك رهايش دارو و همچنين آناليز حساسيت براي انتخاب پارامتري كه بيشترين تأثير را در مقدار بيشينه رهايش دارو دارد (پارامتر )، رابطه‌اي براي پارامتر برحسب pH به‌دست‌آمده كه در نتايج و اعتبارسنجي از آن استفاده شده است. نتايج دو مرحله بهينه‌سازي به‌گونه‌اي بود كه ضريب همبستگي R براي هر دو فرآيندِ تورم و رهايش، بسيار نزديك به يك بود. در قسمت تورم، 30 نقطه آزمايشگاهي به‌منظور برآورد پارامترهاي تورم به كار گرفته شد. در قسمت سينتيك رهايش، 4 نمونه 17تايي از داده‌هاي نمودار رهايش جزئي در pHهاي 2،3،5،12 انتخاب شد و آزمون اعتبار سنجي در pHهاي 4و7 صورت گرفت. نتيجه برازش منحني برحسب pH به‌صورت يك تابع چندجمله‌اي درجه 3 توسط نرم‌افزار متلب تخمين زده شد كه به‌خوبي قادر به پيش‌بيني مقدار بيشينه رهايش دارو و همچنين پروفايل رهايش جزئي دارو در زمان‌هاي ابتدايي، است.

1399/07/21

Modeling and Simulation of Drug Release From a Hydrogel Based System

10/13/2021 12:00:00 AM

Controlled drug delivery is a key topic in modern pharmacotherapy, where controlled drug delivery devices are required to prolong the period of release, maintain a constant release rate, or release the drug with a predetermined release profile. In the pharmaceutical industry, the development process of a controlled drug delivery device may be facilitated enormously by the mathematical modelling of drug release mechanisms, directly decreasing the number of necessary experiments. Such mathematical modelling is difficult because several mechanisms are involved during the drug release process. The main drug release mechanisms of a controlled release device are based on the device’s physiochemical properties, and include diffusion, swelling and erosion. The present work is a mathematical modeling and simulation of drug release from a pH-sensitive (poly (NIPAAm-co-AAc) hydrogel system. In this model, the diffusion-mass transfer equations for a spherical, one-dimensional, radial system with moving boundaries are presented. The problem is mutual infiltration and the drug and solvent equations are solved simultaneously in pairs. The main purpose of the present work is to add the predictive ability of drug release at different pHs to the simulation by adding a new term to the drug diffusion coefficient function. After performing simulations on 4 samples from 6 laboratory samples (presented in Chapter 3) and optimizing parameters related to drug release kinetics as well as sensitivity analysis for the parameter selection that has the most impact on the maximum amount of drug release (parameter ), a relation for parameter versus pH is obtained that has been used in the results and validation. The results of two optimization steps were such that the correlation coefficient R for both inflation and release processes was very close to one. In the swelling section, 30 laboratory points were used to estimate the swelling parameters. In the release kinetics section, 4 of 17 samples were selected from partial release graph data at pHs 2,3,5,12 and validation tests were performed at pHs 4 and 7. The fit of the curve to pH was estimated as a degree 3 polynomial function by MATLAB software that is able to predict the maximum amount of drug release as well as the partial drug release profile in the early times.