Püskürtmeli dondurarak kurutma metodunun matematiksel modellenmesi
Mathematical modelling of spray freeze drying method
Yazar: DENİZ UĞURLU
Danışman: PROF. DR. HASAN SADIKOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Üç boyutlu simulasyon = Three dimensional simulation

Özet:
İnhalasyon ilacı uygulaması, için toz formülasyonlar, zayıf çözünür ilaçlar için biyolojik olarak kullanılabilirliğin arttırılması, biyolojikler için geliştirilmiş biyokimyasal stabilite ve çeşitli ilaçlar ve bunların kombinasyonlarının kullanılması için genişletilmiş seçenekler sunar. Biyofarmasötiklerin pulmoner iletimi moleküllerin aktif bileşenini ihlal etmeden derin akciğer erişimi için optimum özelliklere sahip partiküller üretmeyi gerektirir. Öğütme, kontrollü çözücü kristalizasyonu, süperkritik akışkan işleme, sıvı dispersiyon sistemleri, püskürtmeli kurutma ve püskürtmeli dondurarak kurutma gibi birkaç yol vardır. Solunum tozu ilaçlarının genel etkinliği, akciğer ve akciğer biyoyararlanımına verilen ince parçacıkların miktarına bağlıdır. Parçacıkların büyüklüğü, morfolojisi ve aerodinamik davranışı, inhalasyon işleminin etkinliği üzerinde önemli bir rol oynamaktadır. Püskürtmeli dondurarak kurutma, özellikle farmasötik ve biyokimyasal kullanımlarda olmak üzere, çok çeşitli boyutlarda yüksek kaliteli ve küresel gözenekli parçacıklar üretmek için hem püskürtmeli kurutma hem de dondurarak kurutma işleminin en iyi özelliklerini birleştirir. Püskürtmeli dondurarak kurutma, pulmoner yapıdaki ilaçların iletimi, suda düşük çözünürlüğe sahip ilaçların işlenmesi, epidermal immünizasyon için tozların üretilmesi için ideal olan nispeten büyük gözenekli mikro partiküllerin üretilmesi için daha popüler bir işlem haline gelmektedir. Püskürtmeli dondurarak kurutulmuş tozun, daha küçük partikül büyüklüğü ve daha yüksek yüzey alanına sahip olması, sulu ortamda daha iyi ıslanabilirliğe ve daha hızlı çözünme oranlarına sahip olan gözenekli partikül yapısından kaynaklanır. Bu çalışmada, püskürtmeli dondurarak kurutma işlemini simüle etmek için, bazı kabuller ve yaklaşımlar kullanılarak COMSOL Multiphysics programında model oluşturulmuştur. 3D model çok boyutlu sayısal olarak test edilmiştir. Model çözümünde, kondüksiyon ve radyasyon ile ısı iletimi çalışılmıştır. Çalışma sıcaklığı ve partikül yarıçapı gibi kurutma ile ilgili kritik parametreler sonuç kısmında tartışılmaktadır.
Anahtar Kelimeler: inhalasyon, inhaler ilaç, püskürtmeli dondurarak kurutma, comsol multiphysics, 3D model

Abstract:
For inhalation drug delivery, powder formulations offer the benefits of increased bioavailability for poorly soluble drugs, improved biochemical stability for biologics, and expanded options of using various drugs and their combinations. The pulmonary delivery of biopharmaceuticals requires to produce particles with the optimal properties for deep lung deposition without violating active ingredient of molecules. There are several ways such as milling (vibration milling, ball milling, and jet milling), controlled solvent crystallization, supercritical fluid processing, liquid dispersion systems, spray drying and spray freeze drying to obtain inhalation powder drug for pulmonary delivery. The overall efficiency of the inhalation powder drugs depends on the amount of fine particles delivered to lung and lung bioavailability. The size, morphology and aerodynamics behavior of the particles play an important role on the efficiency of inhalation process. Spray freeze drying combines the best features of both spray and freze drying to produce high quality and spherical porous particles in a wide range of sizes, especially for pharmaceutical and bio-chemical uses. The spray freeze drying is becoming more popular process for producing relatively large porous microparticles which are ideal for pulmonary drug delivery, processing of low water soluble drugs, producing of powders for epidermal immunization. The spray freeze dried powder with smaller particle size and higher surface area results from porous structure of particles which have better wettability and faster dissolution rates in aqueous medium. In this study, in order to simulate the spray freeze drying process a Comsol Multiphysics model is built using some approach. The model is tested numerically in multi-dimensions using 3D model. In the model solution, conduction and radiation heat transfer were studied. Relevant critical parameters such as operating temperature and particle radius are discussed in the conclusion.
Keywords: inhalation, inhaled drug, spray freeze drying, comsol multiphysics, 3D model