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

Subkutánny injekčný systém je v podstate mikrofluidné zariadenie, ktoré sa riadi jedinečnými zákonmi o transporte. V stave laminárneho prúdenia s Reynoldsovým číslom Re < 100 dominujú prúdeniu roztoku liečiva viskózne sily. Podľa upravenej Hagenovej-Poiseuilleovej rovnice je objemový prietok Q trubicou ihly daný vzťahom Q=πΔP(D⁴ - d⁴) / (128 μL), kde D je vnútorný priemer a d je priemer jadra ihly (ak existuje) a μ je dynamická viskozita. Pre bežne používanú ihlu 27G (vnútorný priemer 0,21 mm) pri štandardnom ťahu je prietok vodného roztoku približne 0,15 ml/s, pričom prietok suspenzie s viskozitou 50 cP klesne na 0,03 ml/s. V tomto bode je potrebné použiť ihlu 22G (vnútorný priemer 0,41 mm), aby sa zachoval primeraný čas vstreku.

Účinok povrchového napätia nemožno ignorovať pri mikro{0}}tokoch. Zakrivený povrch kvapaliny vytvorený vo vnútri striekačky generuje dodatočný tlak ΔP=2 cosθ/r, kde je koeficient povrchového napätia (72 mN/m pre rozhranie voda-vzduch), θ je kontaktný uhol a r je vnútorný polomer trubice. Keď r=0.1 mm, tento tlak môže dosiahnuť 1,4 kPa, čo zodpovedá 10 cm vodného stĺpca. Hydrofilné povlaky (s kontaktným uhlom 30-40 stupňov) môžu znížiť tento odpor o 20 %, ale môžu zvýšiť adsorpciu bielkovín. Novo vyvinutý biomimetický super{14}}hladký povrch uzamknutím vrstvy lubrikačnej kvapaliny prostredníctvom mikronano štruktúr môže dosiahnuť tok takmer bez trenia s kontaktným uhlom blížiacim sa k 0 stupňom .

Výskum dynamiky prúdenia špičkou ihly ukazuje, že po tom, čo tekutý liek opustí špičku ihly, vytvára tri typické stavy prúdenia: kontinuálny prúd (We > 100), prúdenie kvapiek (4 < We < 100) a atomizovaný prúd (We < 4). Weberovo číslo We=ρv²d/ predstavuje pomer zotrvačnej sily k povrchovému napätiu. Optimálnym stavom pre injekciu inzulínu je prietok kvapiek s We=20 - 40, pri ktorom je priemer kvapky približne 0.5 - 0.8 mm, čo tvorí ideálnu oblasť ukladania v tkanive. Výpočtová simulácia dynamiky kvapalín ukazuje, že difúzny uhol prúdu kvapaliny generovaného päť{10}}šikmým hrotom ihly je 8 - 12 stupňov, zatiaľ čo uhol tradičného skloneného hrotu ihly je 15 - 20} stupňov, čo naznačuje, že nový dizajn môže znížiť rozsah distribúcie tekutého lieku o 40 %.

Ne{0}}newtonovské vlastnosti krvi počas odberu vyžadujú špeciálne zaobchádzanie. Krv sa pri nízkych šmykových rýchlostiach správa riedením, pričom zdanlivá viskozita klesá z 4-5 cP v pokoji na 3-3,5 cP pri šmykovej rýchlosti 100 s⁻¹. Konštrukcia vákuových systémov odberu krvi musí byť presne zladená: pre krv s hematokritom 45 %, pri ihle 21G a podtlaku -40 kPa je šmyková rýchlosť približne 3000 s⁻¹. V tomto bode je krv približne newtonovská tekutina (s viskozitou 3,2 cP) a prietok môže dosiahnuť 40 ml/min. Ak sa použije 25G jemná ihla, šmyková rýchlosť sa zvýši na 12 000 s⁻¹ pri rovnakom negatívnom tlaku, čo môže spustiť aktiváciu krvných doštičiek vyvolanú šmykom.

Úzka interakcia liekov-je kľúčová pre stabilitu. Lieky na báze bielkovín- priľnú na kovové povrchy podľa Langmuirovej izotermy. Maximálna adsorpčná kapacita 316L nehrdzavejúcej ocele pre inzulín je približne 0,8 ug/cm². Silikónový povlak môže znížiť adsorpciu na 0,2 ug/cm², ale môže uvoľňovať kvapôčky silikónového oleja (s priemerom 0.5 - 5 μm), čím sa spustí imunitná odpoveď. Novo vyvinutý kovalentne viazaný polyetylénglykolový (PEG) povlak vytvára 2-3nm molekulárnu kefku väzbou síry a zlata na vnútornej stene trubice ihly, čo vedie k adsorpčnej kapacite proteínu menšej ako 0,05 ug/cm² a žiadne vylúhovateľné látky.

Kontrola turbulencií je pre niektoré lieky rozhodujúca. Lieky s veľkou molekulou, ako sú monoklonálne protilátky, môžu podliehať konformačným zmenám, keď je šmyková rýchlosť väčšia ako 10 000 s⁻1. Nová laminárna ihla obsahuje špirálové vodiace dosky v lúmene, ktoré premieňajú energiu toku na rotačnú kinetickú energiu, čím udržiavajú šmykovú rýchlosť pod 5 000 s⁻¹. Pokusy na zvieratách ukázali, že po injekcii trastuzumabu cez tradičnú ihlu sa väzbová aktivita antigénu znížila o 8 %, zatiaľ čo pri injekcii cez laminárnu ihlu sa znížila len o 2 %. Tento dizajn tiež znižuje kavitačný jav a znižuje tvorbu mikrobublín z konvenčných 0,3 ml/min na 0,05 ml/min.