https://litfl.com/intraosseous-access/

A szubkután injekciós rendszer lényegében egy mikrofluidikus eszköz, amely egyedi szállítási törvényeket követ. Lamináris áramlási állapotban, Reynolds-száma < 100, a gyógyszeroldat áramlását viszkózus erők uralják. A módosított Hagen-Poiseuille-egyenlet szerint a Q térfogatáram a tűcsövön keresztül Q=πΔP(D⁴ - d⁴) / (128μL), ahol D a belső átmérő, d pedig a tűmag dinamikus átmérője (ha van ilyen), és. Egy általánosan használt 27G tűnél (belső átmérője 0,21 mm) standard tolóerő mellett a vizes oldat áramlási sebessége körülbelül 0,15 ml/s, míg az 50 cP viszkozitású szuszpenzió áramlási sebessége 0,03 ml/s-ra csökken. Ezen a ponton egy 22G-s tűt (0,41 mm belső átmérő) kell használni az ésszerű injekciós idő fenntartásához.

A felületi feszültség hatását nem lehet figyelmen kívül hagyni a mikro{0}}léptékű áramlásoknál. A fecskendőben kialakított ívelt folyadékfelület további ΔP=2 cosθ/r nyomást generál, ahol a felületi feszültség együtthatója (72 mN/m a víz-levegő határfelületre), θ az érintkezési szög, és r a cső belső sugara. Ha r=0.1 mm, ez a nyomás elérheti az 1,4 kPa-t, ami 10 cm-es vízoszlopnak felel meg. A hidrofil bevonatok (30-40 fokos érintkezési szöggel) 20%-kal csökkenthetik ezt az ellenállást, de növelhetik a fehérje adszorpcióját. Az újonnan kifejlesztett biomimetikus szupersima felület a kenőfolyadék réteg mikro-nano szerkezeteken keresztül történő reteszelésével szinte súrlódásmentes áramlást tud elérni 0 fokot megközelítő érintkezési szöggel.

A tűhegy sugáráramlásának dinamikájával kapcsolatos kutatások azt mutatják, hogy miután a folyékony gyógyszer elhagyja a tű hegyét, három tipikus áramlási állapotot alakít ki: folyamatos sugár (We > 100), cseppáramlás (4 < We < 100) és porlasztott áramlás (We < 4). A We=ρv²d/ Weber-szám a tehetetlenségi erő és a felületi feszültség arányát jelenti. Az inzulininjekció optimális állapota a We=20 - 40 cseppáramlás, amelynél a csepp átmérője körülbelül 0.5 - 0.8 mm, ideális lerakódási területet képezve a szövetben. A számítási folyadékdinamikai szimuláció azt mutatja, hogy az öt-lejtős tűhegy által generált folyadékáramlás diffúziós szöge 8 - 12 fok, míg a hagyományos lejtős tűhegyé 15 - 20 fok, ami azt jelzi, hogy az új kialakítás 40%-kal csökkentheti a folyékony gyógyszer eloszlási tartományát.

A vér nem--newtoni tulajdonságai a gyűjtés során különleges kezelést igényelnek. A vér nyírási elvékonyodást mutat kis nyírási sebesség mellett, a látszólagos viszkozitás nyugalmi 4-5 cP-ről 3-3,5 cP-re 100 s⁻¹ nyírási sebesség mellett. A vákuumos vérvételi rendszerek kialakítását pontosan össze kell hangolni: 45%-os hematokrit értékkel rendelkező vér esetén 21G tűnél és -40 kPa negatív nyomásnál a nyírási sebesség körülbelül 3000 s⁻¹. Ezen a ponton a vér megközelítőleg newtoni folyadék (viszkozitása 3,2 cP), és az áramlási sebesség elérheti a 40 ml/perc értéket. Ha 25G-os finom tűt használunk, a nyírási sebesség 12000 s⁻1-re nő ugyanazon a negatív nyomáson, ami nyírás által kiváltott vérlemezke-aktivációt válthat ki.

A kábítószer--szűk interakció kulcsfontosságú a stabilitás szempontjából. A fehérje-alapú gyógyszerek a Langmuir izoterma nyomán tapadnak a fémfelületekhez. A 316 literes rozsdamentes acél maximális adszorpciós kapacitása inzulinhoz körülbelül 0,8 ug/cm². A szilikon bevonat 0,2 ug/cm²-re csökkentheti az adszorpciót, de szilikonolajcseppeket bocsáthat ki (0.5 - 5 μm átmérőjű), ami immunválaszt vált ki. Az újonnan kifejlesztett kovalens kötésű polietilénglikol (PEG) bevonat kén-arany kötéssel 2-3 nm-es molekuláris kefét képez a tűcső belső falán, így a fehérje adszorpciós kapacitása kevesebb, mint 0,05 ug/cm², és nincs kimosódó anyag.

A turbulencia szabályozása döntő fontosságú bizonyos gyógyszerek esetében. A nagy molekulájú gyógyszerek, például a monoklonális antitestek konformációs változásokon mennek keresztül, ha a nyírási sebesség nagyobb, mint 10 000 s⁻1. Az új lamináris tű spirális vezetőlemezeket tartalmaz a lumenben, amelyek az áramlási energiát forgási kinetikai energiává alakítják át, ezáltal a nyírási sebességet 5000 s⁻1 alatt tartják. Állatkísérletek kimutatták, hogy a trastuzumab hagyományos tűn keresztül történő injektálása után az antigénkötő aktivitás 8%-kal csökkent, míg lamináris tűn keresztül csak 2%-kal csökkent. Ez a kialakítás csökkenti a kavitációs jelenségeket és csökkenti a mikrobuborékok képződését a hagyományos 0,3 ml/perc értékről 0,05 ml/percre.