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PCL/ASA药物控释系统结构拓扑优化及瞬态释药性能

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以聚己内酯(PCL)为载体材料,阿司匹林(ASA)为待释放药物,提出一种PCL/ASA药物控释系统,以实现医工结合背景下药物控释系统的个性化定制及释药量的参数化调节.首先,基于菲克扩散定律建立了PCL/ASA药物控释系统的释药模型,以设计域平均浓度与目标浓度之差的最小值作为优化目标,采用拓扑优化方法对PCL/ASA药物控释系统的结构进行拓扑优化设计.其次,对所获得的拓扑优化结构进行几何重构,得到清晰的流道结构,并研究了不同药物储库形状和流道结构对瞬态释药性能的影响.最后,制备PCL/ASA药物控释系统并进行体外药物释放实验,验证了优化方法和模型的合理性.结果表明,几何重构方法可以很好地保留拓扑优化的流道结构,具备较高的可靠性.拓扑优化方法所获得的流道结构展现出较好的药物控释性能,药物释放趋势趋于零级释放.基于拓扑优化设计的PCL/ASA药物控释系统可以在35.03～43.86 mol/m3范围内实现ASA浓度的参数化调节,呈现出较好的释药量调节能力.该研究为医工结合背景下优化药物控释系统结构、实现按需给药提供了一种新的手段.
Structural topology optimization and transient drug release performance of PCL/ASA controlled drug delivery system

polycaprolactonetopology optimizationcontrolled drug delivery systemgeometric reconstructiondrug release property

高扬、孟繁舒、闵浩楠、剌焕军、陈磊、后振中

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西安科技大学机械工程学院,西安 710054

西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,西安 710049

西安科技大学材料科学与工程学院,西安 710054

聚己内酯 拓扑优化 药物控释系统 几何重构 释药性能

陕西省重点研发计划项目西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室开放基金项目国家自然科学基金青年基金项目陕西省教育厅服务地方专项计划项目

2023-YBGY-448sklms20220195160537922JC052

2024

10.3969/j.issn.1001-3539.2024.02.014

工程塑料应用
中国兵器工业集团第五三研究所 中国兵工学会非金属专业委员会　兵器工业非金属材料专业情报网

工程塑料应用

CSTPCD北大核心
影响因子：0.371
ISSN：1001-3539
年,卷(期)：2024.52(2)
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