شبيه‌سازي حركت ذرات مغناطيسي ميكرو/نانو در جريان خون با در نظرگيري اثر برهمكنش بين ذرات

Numerical simulation of micro/nano magnetic particles movement in bloodstream considering interaction of particles

كنترل مسير حركت دارو، از جمله فرآيندهايي است كه مي‌تواند كمك شاياني به درمان بسياري از بيماري‌ها كند. به‌ عنوان نمونه در شيمي‌درماني كسر ناچيزي از دارو به سلول‌هاي سرطاني مي‌رسد و مابقي موجب اضمحلال بافت‌هاي سالم بدن مي‌شود. درنتيجه پيش از نابودي تومور، بافت‌هاي بدن فرد تخريب خواهد شد. درنتيجه امكان پاك‌سازي كامل بدن از تومور وجود ندارد. اما درصورتي‌كه بتوانيم مسير حركت دارو را به‌خوبي كنترل كنيم، مي‌توانيم با حداقل آسيب به بدن، تومور را از بين ببريم. در اين ميان دارورساني مغناطيسي ازجمله روش‌هايي است كه به كمك آن مي‌توان كنترل حركت دارو را در دست گرفت. در اين مقاله به بررسي حركت ذرات مغناطيسي در خون با در نظر گرفتن برهمكنش بين ذرات و اعمال ميدان مغناطيسي با گراديان ثابت، پرداخته مي‌شود و پس از ارائه معادلات حاكم بر آن، با ارائه‌ مدلي مناسب براي نيروهاي بين ذرات، شبيه‌سازي اين فرآيند به كمك نرم‌افزار فلوئنت انجام مي‌شود. مدل مورد استفاده در اين مقاله مربوط به رگي به قطر 8 ميليمتر است كه شبيه‌سازي براي طول 8 سانتيمتر از آن و از لحظه تزريق انجام شده‌است. سيال بستر (خون) درنظر گرفته شده غيرنيوتوني و از نوع رقيقشونده با برش است. مساله توزيع ذرات مغناطيسي در اين سيال بستر با رويكرد حل جريان چندفازي حل شده‌است. نتايج شبيه‌سازي حاكي از آن است كه زمان ماند دارو در حضور ميدان مغناطيسي افزايش يافته‌است كه اين خود باعث افزايش احتمال جذب دارو مي گردد.

Controlling the path of drugs movement is one of the processes that can effectively aid in treating a variety of diseases. For example, in chemotherapy, a small fraction of a drug is delivered to cancer cells and other amounts can cause destruction of healthy tissues of body, as a result, before destruction of tumors, the body might be destroyed. Hence tumors cannot be removed from the body completely. If it is possible to control the path of drugs, tumors could be removed with the least injury. One of the ways through which movement of the drugs could be controlled is Magnetic Drug Targeting(MDT). In this project, movement of magnetic particles and their interactions would be inspected in the blood with consideration of a constant magnetic field gradient. After introduction of governing equations and presenting a good model for the forces between particles, these processes are be simulated in the Fluent software. The model that is used is a vein with 8 mm diameter. The simulation was done from the time of injection over an 8 cm length of the vein. The base fluid is blood which is considered as a non-Newtonian fluid. Distribution of magnetic particles in the base fluid has been governed by multiphase approach. Simulation results show that residence time of the drug in the presence of magnetic field increases, which in turn increases the possibility of drug absorption.