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

Subkutānās injekcijas sistēma būtībā ir mikrofluidiska ierīce, kas ievēro unikālos transporta likumus. Laminārās plūsmas stāvoklī ar Reinoldsa skaitli Re < 100 zāļu šķīduma plūsmā dominē viskozi spēki. Saskaņā ar modificēto Hāgena-Puajē vienādojumu tilpuma plūsmas ātrumu Q caur adatas cauruli nosaka ar Q=πΔP(D⁴ - d⁴) / (128 μL), kur D ir iekšējais diametrs un d ir adatas serdes diametrs (ja tāds ir), un viskozitāte ir dinamiska. Parasti izmantotai 27G adatai (iekšējais diametrs 0,21 mm) pie standarta vilces ūdens šķīduma plūsmas ātrums ir aptuveni 0,15 ml/s, savukārt suspensijas ar viskozitāti 50 cP plūsmas ātrums samazinās līdz 0,03 ml/s. Šajā brīdī ir jāizmanto 22 G adata (iekšējais diametrs 0,41 mm), lai uzturētu saprātīgu injekcijas laiku.

Mikro{0}}mēroga plūsmās nevar ignorēt virsmas spraiguma efektu. Izliektā šķidruma virsma, kas veidojas šļirces iekšpusē, rada papildu spiedienu ΔP=2 cosθ/r, kur ir virsmas spraiguma koeficients (72 mN/m ūdens -gaisa saskarnei), θ ir saskares leņķis un r ir caurules iekšējais rādiuss. Ja r=0.1 mm, šis spiediens var sasniegt 1,4 kPa, kas atbilst 10 cm ūdens staba. Hidrofīli pārklājumi (ar saskares leņķi 30-40 grādi) var samazināt šo pretestību par 20%, bet var palielināt olbaltumvielu adsorbciju. Jaunizstrādātā biomimētiskā super{14}}gluda virsma, bloķējot eļļošanas šķidruma slāni caur mikronano struktūrām, var panākt gandrīz bezberzes plūsmu ar kontakta leņķi, kas tuvojas 0 grādiem.

Adatas gala strūklas plūsmas dinamikas pētījumi liecina, ka pēc tam, kad šķidrās zāles atstāj adatas galu, tās veido trīs tipiskus plūsmas stāvokļus: nepārtrauktu strūklu (We > 100), pilienu plūsmu (4 < We < 100) un izsmidzinātu plūsmu (We < 4). Vēbera skaitlis We=ρv²d/ apzīmē inerces spēka attiecību pret virsmas spraigumu. Optimālais insulīna injekcijas stāvoklis ir pilienu plūsma ar We=20 - 40, pie kuras pilienu diametrs ir aptuveni 0.5 - 0.8 mm, veidojot ideālu nogulsnēšanās laukumu audos. Šķidruma skaitļošanas dinamikas simulācija parāda, ka piecu -slīpu adatas gala radītās šķidruma plūsmas difūzijas leņķis ir 8 - 12 grādi, savukārt tradicionālā slīpuma adatas gala difūzijas leņķis ir 15 - 20 grādi, kas norāda, ka jaunais dizains var samazināt šķidro zāļu izkliedes diapazonu par 40%.

Asinīm, kas nav{0}}Ņūtona īpašības savākšanas laikā, nepieciešama īpaša apstrāde. Asinis uzrāda bīdes atšķaidīšanu pie zema bīdes ātruma, šķietamajai viskozitātei samazinoties no 4-5 cP miera stāvoklī līdz 3–3,5 cP pie bīdes ātruma 100 s⁻¹. Vakuuma asins savākšanas sistēmu konstrukcijai jābūt precīzi saskaņotai: asinīm ar hematokrītu 45%, ar adatu 21G un negatīvu spiedienu -40 kPa, bīdes ātrums ir aptuveni 3000 s⁻¹. Šajā brīdī asinis ir aptuveni Ņūtona šķidrums (ar viskozitāti 3,2 cP), un plūsmas ātrums var sasniegt 40 ml/min. Ja tiek izmantota 25 G smalka adata, bīdes ātrums palielinās līdz 12 000 s⁻¹ pie tāda paša negatīvā spiediena, kas var izraisīt bīdes izraisītu trombocītu aktivāciju.

Narkotiku-šaura mijiedarbība ir ļoti svarīga stabilitātei. Preparāti, kuru pamatā ir olbaltumvielas-, pielīp pie metāla virsmām pēc Langmuira izotermas. 316 l nerūsējošā tērauda maksimālā adsorbcijas spēja insulīnam ir aptuveni 0,8 ug/cm². Silikona pārklājums var samazināt adsorbciju līdz 0,2 ug/cm², taču tas var izdalīt silikona eļļas pilienus (ar diametru 0.5 - 5 μm), izraisot imūnreakciju. Jaunizstrādātais kovalenti saistītā polietilēnglikola (PEG) pārklājums veido 2-3 nm molekulāro birsti ar sēra-zelta saiti uz adatas caurules iekšējās sienas, kā rezultātā olbaltumvielu adsorbcijas spēja ir mazāka par 0,05 ug/cm² un nav izskalojamu vielu.

Turbulences kontrole ir ļoti svarīga dažām zālēm. Lielmolekulāras zāles, piemēram, monoklonālās antivielas, var tikt pakļautas konformācijas izmaiņām, ja bīdes ātrums ir lielāks par 10 000 s⁻¹. Jaunajā laminārajā adatā lūmenā ir spirālveida virzošās plāksnes, kas pārvērš plūsmas enerģiju rotācijas kinētiskajā enerģijā, tādējādi saglabājot bīdes ātrumu zem 5000 s⁻¹. Eksperimenti ar dzīvniekiem parādīja, ka pēc trastuzumaba injicēšanas caur tradicionālo adatu antigēna saistīšanās aktivitāte samazinājās par 8%, bet, injicējot caur lamināro adatu, tā samazinājās tikai par 2%. Šis dizains arī samazina kavitācijas parādības un samazina mikroburbuļu veidošanos no parastajiem 0,3 ml/min līdz 0,05 ml/min.