Simulación computacional de procesos de formación de gotas utilizados en bioingeniería de aerosoles terapéuticos

CAROLINA AYALA; JOSÉ BIURRUN; CARLOS M. CORVALÁN; SEBASTIÁN UBAL; DIEGO MARTIN CAMPANA

Córdoba, República Argentina

Congreso; XIV Congreso Argentino de Bioingeniería, III Jornadas de Ingeniería Clínica (SABI 2003); 2003

Sociedad Argentina de Bioingeniería

El diseño y producción de micropartículas con características específicas constituye un nuevo desafío tecnológico en el área de la biomedicina y bioingeniería. Como ejemplos de aplicaciones donde se requiere la producción de pequeñas gotas, se pueden citar la administración por vía aérea (inhalación) de medicamentos como insulina (donde se han dado los mayores avances) y hormona de crecimiento entre otras. De esta forma ha surgido una nueva y avanzada ingeniería dedicada al diseño y construcción de inhaladores, denominada Bioingeniería de Aerosoles Terapéuticos (TAB). Su principal objetivo consiste en crear, para cada tipo de droga, un aerosol de alta eficiencia; a través de la mejora en el diseño de las micropartículas y los dispositivos de inhalación. El término "eficiencia" comprende aspectos como la regulación de la cantidad de droga liberada en los pulmones y la estabilización del aerosol, entre otros.En este trabajo se presentan algunos de los principios físicos involucrados en éstas nuevas técnicas, en particular aquellos relacionados con la desestabilización de una película líquida horizontal sometida a una vibración vertical y la atomización de chorros o jets de fluido. El conocimiento detallado de la interacción e importancia relativa entre fuerzas de inercia, viscosas y capilares, es fundamental para el control de variables como el tamaño de las micropartículas, su tiempo de formación y energía necesaria para producirlas. Mediante la simulación numérica de algunos casos típicos, se muestran los parámetros que tienen especial relevancia en el control de las variables mencionadas.Las ecuaciones gobernantes se resuelven utilizando el método de elementos finitos, junto con una técnica ALE que permite el seguimiento de la interfase líquido-gas, que constituye una frontera libre. Finalmente, este estudio servirá como punto de partida para el desarrollo de nuevos códigos computacionales, que permitirán analizar aspectos físicos no explorados hasta el presente.