Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук и Университета Бергамо (Италия) разработали новую аналитическую модель прогрева и испарения бинарных капель. Модель учитывает сопряженный тепломассоперенос как в жидкостях, так и в окружающем газе. Это открывает возможность достовернее предсказывать осаждение капель лекарственных препаратов при их распылении в дыхательные пути. В перспективе разработка может лечь в основу более эффективных алгоритмов адресной доставки лекарств для терапии заболеваний легких и бронхов. Об этом сообщает пресс-служба томского вуза.
Ранее традиционные математические модели, использующие аналитические методы, чаще всего рассматривали упрощенные случаи — монокомпонентные и однородно прогретые капли. Такой подход затруднял точное прогнозирование поведения сложных микрокапель в условиях нестационарного теплового потока и влажного газа. Между тем, глубокое понимание этих процессов крайне важно для оптимизации аэрозольной доставки лекарственных средств в сложную геометрию дыхательных путей.
Специалисты лаборатории тепломассопереноса ТПУ предложили новую модель, описывающую нагрев и испарение бинарных капель, которые состоят из двух компонентов. В ее основе лежит аналитическое решение уравнений сопряженного тепломассопереноса в жидкости и газе. Это позволяет с высокой точностью прогнозировать распределение температур и концентраций компонентов как внутри самой капли, так и в окружающем ее газе.
«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», — отмечает один из авторов модели и руководитель проекта, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов.
Для проверки достоверности модели политехники сравнили результаты математического моделирования с экспериментальными данными по прогреву и испарению бинарной капли, состоящей из воды и этанола. Сравнение подтвердило высокую точность расчетов.
