Flujo de nanopartículas magnéticas en un fluido vascular newtoniano

Abstract

El transporte dirigido de medicamentos unidos a partículas, cuyas trayectorias son afectadas por campos magnéticos externos al torrente sanguíneo, como alternativa a los métodos tradicionales de tratamiento de enfermedades, es un campo de investigación en el cual se utilizan diferentes elementos teóricos, analíticos y computacionales. Con la finalidad de describir y obtener información sobre el comportamiento dinámico y cinético de las partículas al igual que los efectos de la fuerza magnética sobre ellas. Por ello, este trabajo busca describir y establecer cuáles son los elementos teóricos más relevantes para estudiar la evolución dinámica de estas partículas cuando se encuentran inmersas en un fluido vascular newtoniano cuyas trayectorias son afectadas por un campo magnético permanente. Bajo estas condiciones, se realizaron una serie de simulaciones con ayuda del software especializado en elementos finitos COMSOL Multiphysics, en el cual se establecieron las condiciones iniciales de tres modelos que contienen el espacio de trabajo denominado “mundo”, el canal por donde el fluido y las partículas se desplazaron y el imán permanente encargado de generar el campo magnético. Como resultado de las simulaciones, se obtuvieron datos de la fuerza magnética promedio que actúa sobre las partículas y, así mismo, datos de su eficiencia de captura. Los resultados obtenidos en los tres modelos geométricos diseñados en el software, mostraron que la eficiencia de la captura de partículas y la fuerza magnética promedio, dependen de factores como la magnetización y la forma geométrica del imán, el diámetro del canal por el cual las partículas se desplazan, al igual que el material, la susceptibilidad magnética, la permeabilidad relativa y diámetro de la partícula. Este trabajo sobre la trayectoria de partículas magnéticas dentro de fluidos vasculares newtonianos, permitió conocer y establecer los procesos, parámetros y condiciones a seguir durante una simulación con elementos finitos y la forma en que este método de simulación permite acoplar en tres modelos geométricos distintos, la teoría magnetostática y la mecánica de fluidos en un solo entorno computacional. (Texto tomado de la fuente).

The directed transport of drugs bound to particles, whose trajectories are affected by magnetic fields external to the bloodstream, as an alternative to traditional methods of treating diseases, is a field of research in which different theoretical, analytical and computational elements are used. In order to describe and obtain information on the dynamic and kinetic behavior of particles as well as the effects of the magnetic force on them. Therefore, this work seeks to describe and establish which are the most relevant theoretical elements to study the dynamic evolution of these particles when they are immersed in a Newtonian vascular fluid whose trajectories are affected by a permanent magnetic field. Under these conditions, a series of simulations were carried out with the help of the specialized finite element software COMSOL Multiphysics, in which the initial conditions of three models were established that contain the workspace called "world", the channel through which the fluid and the particles moved and the permanent magnet in charge of generating the magnetic field. As a result of the simulations, data on the average magnetic force acting on the particles and, likewise, data on their capture efficiency were obtained. The results obtained in the three geometric models designed in the software showed that the efficiency of particle capture and the average magnetic force depend on factors such as the magnetization and the geometric shape of the magnet, the diameter of the channel through which the particles they move, like the material, the magnetic susceptibility, the relative permeability and diameter of the particle. This work on the trajectory of magnetic particles within Newtonian vascular fluids, allowed to know and establish the processes, parameters and conditions to be followed during a simulation with finite elements and the way in which this simulation method allows coupling in three different geometric models, the magnetostatic theory and fluid mechanics in a single computational environment.