В ТПУ создали модель поведения бинарных капель при спрейном распылении
Улучшенную аналитическую модель прогрева и испарения бинарных капель, которая поможет создавать более эффективные алгоритмы адресной доставки лекарств при лечении бронхолегочных заболеваний, разработали совместно с коллегами ученые лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета (ТПУ), 22 сентября сообщила пресс-служба вуза.
Модель томских специалистов, в отличие от существующих, учитывает сопряженный тепломассоперенос как в жидкостях, так и в газе. Это делает более достоверным прогноз депозиции (десублимации), т. е. перехода бинарных (состоящих из двух компонентов) капель лекарственных препаратов в твердое состояние при их распылении в дыхательные пути.
Исследование выполнено в рамках проекта Российского научного фонда «Спрейное распыление лекарственных препаратов и их адресная доставка в дыхательные пути». Результаты работы ученые представили в статье, получившей статус Editor’s Pick (выбор редактора), «Новая модель нагрева и испарения двухкомпонентных капель» (A new model of bi-component droplet heating and evaporation), опубликованной в журнале Physics of Fluids (Q1, IF: 4,3).
Большинство математических моделей, разработанных для аналогичных исследований и использующих аналитические методы, рассматривают варианты для монокомпонентных и однородно прогретых капель.
Такой алгоритм затрудняет возможность точно предсказывать, как будут вести себя сложные микрокапли в условиях нестационарного теплового потока и влажного газа, тогда как понимание этих процессов необходимо для оптимизации аэрозольной доставки лекарств в сложную геометрию дыхательных путей.
Модель ученых ТПУ основана на аналитическом решении уравнений сопряженного тепломассопереноса в жидкости и газе, что позволяет достоверно прогнозировать распределения температур и концентраций компонентов в капле и окружающем газе. Точность прогнозирования подтвердили полученные ими экспериментальные данные по прогреву и испарению бинарной капли из воды и этанола.
Руководитель проекта, один из авторов модели доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов пояснил:
«Наш подход позволяет предсказывать динамику изменения радиуса бинарной капли во времени при ее прогреве и испарении в условиях близких тем, которые наблюдается при движении аэрозолей в дыхательных путях, а также прогнозировать то, как будет распределяться температура и компонентный состав внутри бинарной капли при ее движении. Это особенно важно для целевой доставки (с конкретным компонентным составом) лекарственных препаратов в дыхательные пути».
Кроме ученых ТПУ, в исследовании приняли участие их коллеги из Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе (Новосибирск) и Университета Бергамо (Италия).
