طراحي و بهينه‌سازي چندهدفه يك ميكروپمپ هيدروديناميك مغناطيسي تزريق دارو

Design and Multi-Objective Optimization of A Magnetohydrodynamic Drug Delivery Infusion Micropump

تزريق مداوم دارو نقش مهمي در تاثيرگذاري دارو ايفا مي‌كند، با اين حال در اغلب موارد، اندازه، وزن و توان مصرفي پمپ‌هاي تزريق متداول فاكتورهاي مهمي هستند كه مشكلات عمده‌اي براي راحتي بيمار در حين تزريق مداوم ايجاد مي‌كند. هدف پژوهش حاضر طراحي و بهينه‌سازي يك ميكروپمپ هيدروديناميك مغناطيسي به منظور تزريق مداوم دارو است. به منظور بررسي امكان تزريق دارو توسط پمپ مذكور، يك مدل رياضي براي ميكروپمپ هيدروديناميك مغناطيسي پيشنهاد و به صورت تحليلي حل شده است. سپس به منظور راحتي بيمار حين تزريق، ميكروپمپ با استفاده از الگوريتم ژنتيك مرتب‌سازي غيرمغلوب بهينه گرديد. پارامترهاي تعداد سطر و ستون كانال‌ها، عرض و ارتفاع كانال و همچنين ولتاژ كاركرد به عنوان متغيرهاي تصميم‌گيري در بهينه‌سازي چند هدفه انتخاب شد و در ادامه، نتايج بهينه‌سازي به صورت نمايش جبهه پرتو گزارش داده شده است. شش حالت مختلف كه خصوصيات موردنظر طراحي را دارا بود با استفاده از روش تصميم‌گيري فازي انتخاب شد. در ادامه نيز مدل ديناميك سيالات محاسباتي براي پيش بيني شكل‌گيري حباب به دليل الكتروليز سيال تهيه شد. طراحي حاضر علاوه بر قابليت اطمينان بالاتر به دليل نداشتن قسمت‌هاي مكانيكي، قابليت تحويل جريان سيال تا 48 برابر بيشتر، در ولتاژ كاركردي سه برابر كمتر، در مقايسه با ميكروپمپهاي متداول را داراست. علاوه بر اين، طراحي حاضر قابليت اطمينان بالاتر و فرايند ساخت ساده‌تر بدون هيچگونه بخش مكانيكي را نيز داراست.

Continuous drug infusion plays an important role in drug effectiveness. However, in most cases, the size, weight, and power consumption of conventional pumps are among the most important factors that cause a lot of problems for patient comfort. The present work aims to design and optimize a Magnetohydrodynamic micropump for continuous drug infusion. A mathematical model of Magnetohydrodynamic micro pump is proposed and solved analytically to investigate its feasibility for drug infusion. For the patient's comfort, the micropump is optimized using non-dominated sorting genetic algorithm II. The number of channel rows and columns, channel height and width, and driving voltage are chosen as decision variables for multi-objective optimization. The Pareto front of the optimization result is presented. Six possible cases that meet the desired specifications are selected using a fuzzy decision-making approach. A computational fluid dynamic model is adopted to predict bubble formation due to the electrolysis phenomena. With higher reliability without any mechanical part, the present design can deliver drug flow 48 times while its driving voltage is 3 times lower than a conventional micro pump. In addition, it provides potentially better reliability and a simple fabrication process without any mechanical parts.