מרחפים על גלי קול עם ריחוף אקוסטי! ®COMSOL Multiphysics בשירות הרפואה

אנליזה נומרית

לקבלת פרטים נוספים אודות המוצרים והשירותים שחברת נומריקל מספקת, נא השאירו פרטים.

קראו סיפורי משתמשים נוספים:

לקול יש כוח מעורר כבוד. תחת התנאים הנכונים, הוא מסוגל לבצע מניפולציה ולשנות את מצב הצבירה. התעשייה הפרמצבטית פונה לריחוף אקוסטי כדי לענות על הצורך התמידי במערכות למסירת תרופות בעלות איכות גבוהה, במיוחד כאשר מתרחבת טכנולוגיית הטיפול בחולים והופכת מותאמת אישית יותר.
במעבדה הלאומית ארגון, חלק ממשרד האנרגיה האמריקאי, קמלש סות'ר וכריס בנמור עומלים רבות על הטמעת טכנולוגיה אקוסטית שתשנה את הייצור של תרופות. הצוות פונה לסימולציה מולטיפיזיקלית ב- ®COMSOL Multiphysics בכדי לשפר את המרחף האקוסטי שלהם – מתקן המייצר גלי קול כדי להרים ולשנות חומר (מצב צבירה).
תרופות המיוצרות בצורה אקוסטית
ע"י עירבוב כימיקלים בעודם מסתובבים וצפים באוויר, ארגון עובדים על סיוע בייצור יעיל יותר והעברה של מוצרי תרופות. בסביבה מבוקרת, המרחף מספק חלל נטול כלי קיבול וחסר חומרים מזהמים לטובת יצירת כימיקלים אמורפיים בטיהור גבוה. לפי הצוות של ארגון, "תרופות אמורפיות רבות מעורבבות עם פולימר במטרה להשאירן יציבות לאורך זמן". בנקודת האמצע של כל צומת של הגלים העומדים במרחף האקוסטי של סות'ר, מולקולות מתגבשות לטיפות ויוצרות כדורים קטנים. הטיפות צפות מילימטרים ספורים בנפרד ומסתובבות בעדינות, ונתלים בין שני מתמרים פייזואלקטריים קטנים.
גובה ותדר הגבוהים במקצת מהטווח שניתן לשמוע אותו, 160 db ו- 220 KHz, מייצרים גלים אקוסטיים עומדים עם כיסים של אזורי לחץ גבוה. המתמרים ממירים אנרגיה חשמלית ללחץ אקוסטי. השיטה
יכולת ההרמה של כוח אקוסטופורטי
תכנון הגיאומטריה בצורה הנכונה כדי לשלוט בתזוזה של החלקיקים הוא קריטי לתפקוד המתקן המרחף. בניסוי זה, מספר כוחות מאוזנים פועלים יחדיו כדי ליצור תופעה שתאפשר לחלקיקים לצוף בדרך מבוקרת. יש לקחת בחשבון בהקשר של הטיפות את: הכוח האקוסטופורטי, אינטראקציית חלקיק-חלקיק, סחיבה, כוח משיכה ומתיחות של פני השטח. תבניות ספציפיות של קצף בפרופיל גאוסיאני העשוי פוליסטירן תוכננו להסיר כל גל אקוסטי בלתי רצוי הנוצר ע"י המתמרים, ומתפקדות כמסננות לאורך הקצה של כל אחד, יוצרות גל עומד מוגדר היטב המשתקף בצורה שווה, עם התערבות קלה. פרמטרים אלו גורמים לחלקיקים להסתדר בצורה אנכית, ואז מתגבשים במהירות לכדי טיפות. הטיפות נשארות בפוזיציה האנכית הרצויה הזו כיוון שהן נעות כל הזמן בכיוון אופקי.
כיצד סימולציה אקוסטית משתווה לניסויים
הצוות יצר סימולציה ב- ®COMSOL Multiphysics על מנת לאמת את ניסויי הרנטגן המבוססי סינכרוטרון ב- APS (Advanced Photon Source), מתקן האוחז באיחסון המבריק ביותר של קרני רנטגן המיוצרים במעגל, בכל חצי הכדור המערבי. הם השתמשו במודול האקוסטיקה ובמודול מעקב חלקיקים, תוספות ב- ®COMSOL. בתחילה הם התחשבו בתדר ובמאפייני החומר של המתמרים הפייזואלקטריים ובכל תופעה תרמית העשויה להשפיע על המתקן המרחף. אחרי כן הם השתמשו בשיטה של ניסוי וטעייה כדי למצוא גיאומטריית קצף שתאפשר להם לשלוט בצורת ההתגבשות של טיפה בודדת.
בנוסף, הם בחנו כיצד שינויים בצמיגות ובמתיחות פני השטח עשויים להשפיע על הצורה שלהם. ההתערבות יוצרת מבני טיפה אשר סות'ר מיפה עם סימולציית אינטראקציית מבנה-נוזל. הוא התחשב בכל ההשפעות הרלוונטיות ע"י שימוש במודול CFD ושיטה לקביעת רמות, דרך נומרית להמשך המעקב אחר ממשקים בין אמצעים שונים במהלך הסימולציה. שימוש בשיטה הזו בשליטה על הצורה של טיפות במעברים שונים של שלבים אקוסטיים סייע לסות'ר להשיג צורה כדורית ולשלוט בדרך בה הטיפות מושפעות הדדית.
כאשר החוקרים הריצו את הניסוי שמאמת את התכנון, הם גילו כי תוצאות הסימולציה היו עקביות עם התנהגות הטיפות בתמונות במהירות גבוהה שהם צילמו ב- APS. תוצאות הסימולציה המציגות את התפלגות השדה האקוסטי היו אף הן תואמות לתוצאות הניסוי. כפי שסות'ר מסביר, "עם ההתערבות המבנית של גלי לחץ, אנחנו מקבלים גל לחץ עומד עם כיסי לחץ חיוביים ושליליים. בתוך הכיסים הללו, הקול מגיע בערך לרמה של ריחוף טיפת המים. אז אם משפריצים מים, הטיפות נדחפות למרכז הריחוף בשל כוחות האיזון המעורבים".
החוקרים בארגון גיבשו את התכנון שלהם בעזרת סימולציה מולטיפיזיקלית. ככל שהמדענים יוסיפו לחדד את התכנונים של המתקנים האקוסטיים המרחפים, אפשרויות החדשנות הן אינסופיות. מפתחי תרופות יוכלו לשלוט בריכוזים, בגודל הטיפה, ובכמות של כל כימיקל ברפואה. התגליות של ארגון מיושמות באופן נרחב בקהילת הרפואה העולמית. הדבר נכון בייחוד היכן שמשאבים חדשים ומכונות משמעותם התקדמות גדולה בשינוי החיים של המטופלים.
אנליזה נומרית
שנקבעה במקום ע"י סות'ר ובנמור היא טכניקה עוצמתית לפיתוח תרופות. קל יותר לגוף האנושי לספוג ולעבד כימיקלים אמורפיים שכן הם יותר מסיסים וספיגים מאשר בצורתם הקריסטלית.
אנליזה נומרית
אנליזה נומרית
לקבלת פרטים נוספים ללא התחייבות
שדה מילוי חובה מסומן ב- *
רוצים ללמוד עוד על יכולותיה המולטיפיזיקליות הגבוהות של ®COMSOL?

זה פשוט וקל להכיר אונליין את הממשק האינטואיטיבי של התוכנה!

צפו בהדרכות מקוונות מפורטות אודות האפשרויות הרבות ב- ®COMSOL Multiphysics

כנסו לדף ייעודי המתעדכן מדי שבוע וכולל סרטוני הדרכה מלאים עם כתוביות בעברית

 
הסיפור נלקח ממגזין 2014 ®COMSOL
 
 כתובת: פארק המדע, פנחס ספיר 8, נס ציונה I אימייל: info@numerical.co.il  |  טל: 03-9629621

Numerical© 2017 כל הזכויות שמורות