مدل‌سازي و شبيه‌سازي رهايش سامانه هيدروژلي پاسخگو به دما و pH

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير، هيدروژل‌هاي حساس به محرك‌‌ها توجه زيادي را به دليل پتانسيل خود در طيف گسترده‌اي از كاربردهاي متنوع، به ويژه در زمينه‌هاي زيست پزشكي و زيست فناوري، جلب كرده‌اند. براي اين كاربردها، هنگام طراحي سيستم كلي، درك سينتيك تغيير شكل و تورم تعادلي هيدروژل‌ها مهم است. از آنجاييكه حساسيت و رهايش هيدروژل‌ها در دارورساني مشخص شده، موجب افزايش علاقه به استفاده آن‌ها در حوزه داروها شده است. از اين رو، نيازمند به درك كامل از مشخصه‌هاي هيدروژل‌ها در پاسخگويي به شرايط محيطي همچون pH، دما، نور، غلظت، صوت، موج و... مي‌باشد. اين تحقيق به پديده‌هاي انتقال و تغييرشكل هيدروژل‌هاي حساس به محرك‌ها با يك هدف اصلي مي‌پردازد؛كه شامل مطالعه فيزيك بنيادي، شيمي هيدروژل‌هاي حساس به محرك‌ها و فرآيند تورم است. پاسخ هيدروژل را مي‌توان با معادلات مختلف فيزيكي بواسطه موازنه جرم، بار، انرژي و نيرو، با ايجاد فشار اسمزي در هيدروژل كه منجر به تورم / انقباض آن مي‌گردد، توضيح داد. در اين تحقيق مدل رياضي متشكل از معادلات نرنست-پلانك، پواسون و موازنه نيرو براي تركيب انواع يون‌ها و داروها همراه با تغيير شكل هيدروژل تحت فشار اسمزي ارائه شده است. شبيه سازي تورم در شرايط پايا با تاكيد بر پاسخ به pH و دما بصورت مجزا و همزمانانجام شده است. به اين صورت كه، اثر محرك‌هاي دما و pH بر هيدروژل را به‌ترتيب به فشار اسمزي حاصل از اختلاط و نفوذ يون‌ها ارتباط مي‌دهد؛ اولي بر اساس مدل ترموديناميك مولكولي و دومي بر اساس مدل الكترو-شيميايي-مكانيكي عمل مي‌كنند. براي شبيه‌سازي از نرم‌افزار اجزاء محدود COMSOLو براي اعتبار سنجي، از داده‌هاي تجربي موجود در ساير مراجع استفاده شده است.در اين پروژه، تورم هيدروژل هيدروكسي اتيل متاكريلات(HEMA)در اثر تغيير دما 0-40 درجه سانتيگراد و همچنين تغيير pHدر محدوده 2-11 در حالت‌هاي مجزا و ادغام شده مورد بررسي قرار گرفته است؛ به همين ترتيب اثر پارامترهاي بكار رفته در مدل‌ها مورد مطالعه قرار مي‌گيرد و نتايج با داده‌هاي تجربي منتشر شده مقايسه مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه نتايج مدل رياضي مطابقت مناسبي با نتايج تجربي بيان شده در مراجع دارد.

208107

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر سيد مرتضي نقيب

مهندسي شيمي

دكتر اميد وحيدي