Journal of Energy Conversion

fa تحلیل عددی سه‌بعدی کارایی جذب نانوذرات حامل دارو در جریان خون غیرنیوتنی (مطالعه موردی: بیماران پلی‌سیتمی) Three-dimensional numerical analysis of the efficiency of drug-carrying nanoparticles uptake in non-Newtonian blood flow (Case study: polycythemia patients) تخصصي Special پژوهشي Research <div style="border-bottom: 1pt solid windowtext; padding: 0in 0in 1pt; text-align: justify;">دارورسانی هدفمند مغناطیسی (MDT) یکی از روش‌های امیدبخش برای افزایش تمرکز دارو در ناحیه توموری و کاهش اثرات جانبی درمان‌های سیستمیک است. با این‌حال، کارایی این روش به‌طور مستقیم تحت تأثیر رئولوژی خون، هندسه واقعی رگ، شرایط همودینامیکی بیمار و مشخصات میدان مغناطیسی قرار دارد. در این مطالعه، انتقال و جذب نانوذرات حامل دارو در یک مدل سه‌بعدی واقعی از شریان کاروتید بیمار مبتلا به سرطان و پلی‌سیتمی، با در نظر گرفتن اثر رفتار غیرنیوتنی خون، به‌صورت عددی بررسی شده است. نوآوری اصلی این پژوهش در ترکیب هم‌زمان هندسه سه‌بعدی واقعی بیمار مبتنی بر تصاویر سی‌تی، مدل‌سازی غیرنیوتنی خون، بررسی شرایط همودینامیکی مرتبط با پلی‌سیتمی و تحلیل جذب نانوذرات تحت میدان مغناطیسی خارجی است. هندسه رگ از داده‌های سی‌تی اسکن بازسازی شد و جریان خون با استفاده از معادلات پیوستگی و ناویر-استوکس شبیه‌سازی گردید. برای توصیف رفتار غیرنیوتنی خون از مدل کرو و برای مقایسه، از مدل نیوتنی نیز استفاده شد. مسیر حرکت نانوذرات با اعمال نیروهای غالب شامل درگ هیدرودینامیکی و نیروی مغناطیسی رهگیری شد و راندمان جذب به‌صورت نسبت ذرات جذب‌شده در محل هدف به تعداد کل ذرات تزریق‌شده تعریف گردید. نتایج اعتبارسنجی نشان داد که مدل حاضر با داده‌های مرجع، میانگین خطای نسبی حدود 2/8 درصد و حداکثر خطای کم‌تر از 3/5 درصد دارد. هم‌چنین مشخص شد که بیشینه سرعت در مدل کرو حدود m/s1 و در مدل نیوتنی حدود m/s 0/9 است که ناشی از رفتار برش‌رقیق‌شونده خون در مدل غیرنیوتنی است. از نظر عملکرد جذب، با افزایش قطر ذرات، راندمان جذب در هر دو مدل افزایش قابل‌توجهی نشان داد؛ به‌طوری‌که برای ذرات nm 500، راندمان جذب از 35/03 درصد در مدل کرو به 40% در مدل نیوتنی و برای ذرات nm 1000 از 56/35 درصد به 62/40 درصد افزایش یافت. موضوعی که در بسیاری از مطالعات پیشین به‌صورت یکپارچه بررسی نشده است. نتایج نشان‌ دادند که این روش پتانسیل بالایی در درمان بیماران سرطان در بیماران دارای پلی‌سیتمی دارد. </div> <div> <div id="ftn2" style="text-align: justify;"> </div> </div> Magnetic targeted drug delivery (MDT) is a promising method to increase drug concentration in the tumor area and reduce the side effects of systemic therapies. However, the efficiency of this method is directly affected by blood rheology, actual vessel geometry, patient hemodynamic conditions, and magnetic field characteristics. In this study, the transport and uptake of drug-carrying nanoparticles in a realistic 3D model of the carotid artery of a patient with cancer and polycythemia was numerically investigated, taking into account the effect of non-Newtonian blood behavior. The main innovation of this study is the simultaneous combination of the realistic 3D geometry of the patient based on CT images, non-Newtonian blood modeling, investigation of hemodynamic conditions related to polycythemia, and analysis of nanoparticle uptake under an external magnetic field. The vessel geometry was reconstructed from CT scan data, and the blood flow was simulated using the continuity and Navier-Stokes equations. The Crow model was used to describe the non-Newtonian blood behavior, and the Newtonian model was used for comparison. The trajectory of the nanoparticles was tracked by applying dominant forces including hydrodynamic drag and magnetic force, and the uptake efficiency was defined as the ratio of particles adsorbed at the target site to the total number of injected particles. The validation results showed that the present model with reference data has an average relative error of about 2.8% and a maximum error of less than 3.5%. It was also found that the maximum velocity in the Crow model is about 1 m/s and in the Newtonian model is about 0.9 m/s, which is due to the shear-thinning behavior of blood in the non-Newtonian model. In terms of absorption performance, with increasing particle diameter, the absorption efficiency in both models showed a significant increase; so that for 500 nm particles, the absorption efficiency increased from 35.03% in the Crow model to 40% in the Newtonian model and for 1000 nm particles from 56.35% to 62.40%; a subject that has not been investigated in an integrated manner in many previous studies. The results showed that this method has high potential in the treatment of cancer patients in patients with polycythemia. رئولوژی خون, ناویر-استوکس, غیرنیوتنی, پلی‌سیتمی, روش اجزا محدود Graphene nanoparticles, Shell-and-tube heat exchanger, Thermo-hydraulic analysis, Heat transfer, Finite element 93 107 http://jeed.dezful.iau.ir/browse.php?a_code=A-10-433-1&slc_lang=fa&sid=1 Rasoul Karimi Takrami رسول کریمی تکرمی R.Karimitakrami@iau.ac.ir 10031947532846005529 10031947532846005529 No Department of Mechanical Engineering, La.C., Islamic Azad University, Lahijan, Iran گروه مهندسی مکانیک، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران Mehdi Borji Bodaghi مهدی برجی بداغی Borji.Mehdi@iau.ac.ir 10031947532846005530 10031947532846005530 Yes Department of Mechanical Engineering, La.C., Islamic Azad University, Lahijan, Iran گروه مهندسی مکانیک، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران Kourosh Javaherdeh کوروش جواهرده javaherdeh@guilan.ac.ir 10031947532846005531 10031947532846005531 No Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران