ارزیابی پارامترهای بیومکانیکی ریزسوزن‌های پزشکی با طراحی زیست‌الهام در تعامل با پوست با استفاده از روش المان محدود

ریزسوزن‌ها نوعی سوزن با ابعاد میکرونی بوده که پس از تحویل دارویی از طریق دهانی و تزریقی سومین سیستم تحویل پرکاربرد هستند. با توجه به هزینه‌ی بالای ساخت ریزسوزن، شبیه‌سازی عددی نفوذ ریزسوزن در پوست می‌تواند برای بررسی استحکام ریزسوزن و هم‌چنین اثر آن روی پوست در حین نفوذ مفید باشد. در این پژوهش نفوذ ریزسون‌های زیست‌الهام بر اساس نیش زنبور عسل در پوست با استفاده از المان‌های کوهسیو در حالت سه‌بعدی در نرم‌افزار آباکوس شبیه‌سازی شده است. هم‌چنین مدل پوست بر اساس داده‌های آزمایشگاهی و بر اساس مدل اوگدن انتخاب شده است. ریزسوزن به عنوان جسم صلب در نظر گرفته شده و به آن سرعت ثابت 0.6 میلی‌متربرثانیه اعمال شده است. ریزسوزن دارای بالک با عنوان‌ زیست‌الهام بررسی شده و پارامترهای مهم آن مانند ارتفاع، تیزی و زاویه‌ی بالک ارزیابی شده است. در انتها چند مدل پیشنهادی از ریزسوزن‌ها به همراه شیارهای طولی برای افزایش تمرکز تنش روی پوست و جلوگیری از اصطکاک ارائه شده است. مقایسه‌ی ریزسوزن بالک‌دار طراحی شده با ریزسوزن بدون بالک نشان داده که ریزسوزن بالک‌دار تمرکز تنش بیش‌تری (حدود دو برابر) روی پوست ایجاد کرده اما نیروی نفوذ را به اندازه‌ی 15% کاهش داده که در نتیجه راحت‌تر در پوست نفوذ می‌کند. نتایج حاصل بیان می‌کند که شیارهای طولی کاهشی تا حدود 10% تنش ایجاد شده در پوست را افزایش داده اما تاثیر ناچیزی روی نیروی نفوذ در پوست دارد. نتایج این پژوهش می‌تواند در زمینه‌ی دارورسانی، نمونه‌برداری، جوان‌سازی به وسیله‌ی ریزسوزن و هم‌چنین برای ساخت چسب‌های پزشکی و ریزسوزن‌های مورد استفاده در ثبت سیگنال زیستی مانند الکتروکاردیوگرافی، الکترومایوگرافی و الکتروانسفالوگرافی مفید باشد.