بخشی از مقاله
دستگاه حلالیت سنج خودکار جهت تعیین حلالیت مواد داروئی
چکیده
امروزه در اکثر حیطه های علوم از سیستم های مکانیزه جهت انجام فرآیند ها استفاده می شود که این مهم باعث افزایش اطمینان و کاهش خطا گردیده است. در علوم دارویی روش های مختلفی برای مکانیزه کردن تعیین حلالیت مواد داروئی ارائه شده است. در این مطالعه با در نظر گرفتن کمبود هایی که در این حیطه وجود دارد یک سیستم خودکاری طراحی و ارائه شده است که حلالیت مواد داروئی را مورد بررسی قرار می دهد. با توجه به مطالعات میدانی انجام شده از دانشکده داروسازی و مرکز تحقیقات کاربردی داروئی دانشگاه علوم پزشکی تبریز، ملزومات پروژه تعریف و براساس آن سیستم طرح ریزی شده است. بعد از ساخت نمونه اولیه، دستگاه جهت انجام تست های تخصصی در مرکز تحقیقات کاربردی داروئی دانشگاه علوم پزشکی تبریز مورد تست و آزمایش قرار گرفته و براساس نتایج بدست آمده از بررسی انحلال استامینوفن در حلال های آب و اتانول، بیشترین خطای دستگاه در مقایسه با منابع، %6,4 و بیشترین RSD دستگاه %3,9 ثبت شده که قابل قبول می باشد. نهایتا با بررسی نتایج و گزارشات حاصله، سیستم ارائه شده می تواند در زمینه تعیین حلالیت مواد داروئی در مراکز تحقیقاتی و آزمایشگاهی داروئی مورد استفاده و بهره برداری قرار بگیرد.
واژه های کلیدی
تعیین حلالیت - اندازه گیری حلالیت - تعیین اتوماتیک حلالیت
مقدمه
رشته های مختلف علوم ، نیازمند به کارگیری دقت و حساسیت بالا در زمینه های کاری خود می باشند. دستیابی به اطلاعات قابل استناد در رشته هایی نظیر علوم دارویی و آزمایشگاهی اهمیت بسزایی داشته و این امر در پروسه های آزمایشگاهی که توسط نیروی انسانی انجام می گیرد، معمولا با مشکلاتی روبرو است. در آزمایشات دارویی، تعیین حلالیت داروها، علاوه بر نقطه نظر درمانی آنها، یکی از موضوعات چالشی در تحقیقات اکتشافی به شمار رفته و حدود نیمی از مولکول های جدید سنتز شده بدلیل مشکل انحلال کم از روند کشف داروهای جدید کنار گذاشته می شوند.[1] در علوم داروئی، جزئی که حل شونده - دارو - را در خود حل می کند
و معمولا درصد بیشتری از ترکیب را تشکیل می دهد، حلال نام برده می شود. در حالت کلی حلالیت، به مقدار ماده ای که در یک حجم مشخص از حلال در یک دمای ثابت حل می شود، اطلاق می گردد.[1] حلالیت مواد داروئی به سه روش، دستی، محاسباتی و روش های خودکار یا نیمه خودکار انجام می گیرد. روش اول زمان بر و هزینه بر و همواره دارای خطاهای متفاوت انسانی است. روش دوم که براساس برخی مدل های ارائه شده توسط دانشمندان این حیطه بکار گرفته می شود، نیازمند اطلاعات و داده های اولیه جهت پیش بینی حلالیت داروی مورد بررسی است و اگر اطلاعات اولیه وجود نداشته باشد این روش کارایی لازم را نخواهد داشت.[1] در روش سوم با ارائه ابزارها و سیستم های هوشمند توسط شرکت های مختلف، روش های دستی تا حدودی مکانیزه و خودکار شده اند. ابزارهایی که در این روش ارائه شده اند بیشتر برای اندازه گیری پارامترهای مورد نیاز استفاده می شوند که هر کدام دارای کاربردی خاصی هستند.[2] دستگاه های کرماتوگرافی [3,4]، طیف سنجی مادون قرمز [5]، طیف سنجی رامان [6,7] و طیف سنجی ماوراء بنفش [4,6] از روش هایی هستند که برای اندازه گیری میزان جذب و انحلال مواد دارویی استفاده می شوند. تاکنون سیستم های خودکار و نیمه خودکار نیز جهت انجام مراحل تعیین حلالیت ارائه شده است. برخی از این سیستم ها محلول را از حالت زیر اشباع به نقطه اشباع می رسانند [8,9] و برخی از حالت فوق اشباع به اشباع [10,11]، که سیستم ارائه شده در این مطالعه هم جزو حالت دوم می باشد. براساس ملزومات تعریف شده برای طراحی، سیستم محلول فوق اشباع را در یک محفظه دما ثابت یا انکوباتور توسط همزن مغناطیسی مخلوط و توسط سیستم پایش لیزری ذرات موجود در محلول را مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد و در صورت نیاز حلال به داخل محلول توسط مکانیزم تزریق، اضافه می شود تا رقیق سازی صورت پذیرد. این پروسه تا زمانیکه محلول به نقطه اشباع برسد ادامه می یابد.
مواد و روش ها
در این پروژه با توجه به حیطه کاری دستگاه و خصوصیاتی که باید در طراحی مد نظر قرار بگیرد، از جمله دارا بودن الزامات تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی قسمت های مختلف دستگاه، شامل محفظه دما ثابت و اجزای مربوط به آن، مکانیزم تزریق حلال، بدنه و ارگونومی دستگاه، بخش های الکترونیکی و نرم افزار راه اندازی، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
محفظه دما ثابت و اجزای تشکیل دهنده
با توجه به مطالعات میدانی بعمل آمده، رنج دمایی دستگاه در محدوده 15 الی 40 درجه سانتیگراد تعریف شده است. ایجاد دمای ثابت برای آزمایش با یک محفظه دوجداره آبی یا وان آب تامین می شود. برای افزایش و کاهش دما از گرمکن و سرد کن استفاده شده که بوسیله پمپ و لوله های پلی اورتان به محفظه دما ثابت متصل می شوند. جهت تعیین توان گرمکن یا سردکن باید حداکثر تلفات حرارتی در بیشترین و کمترین دما محاسبه شود. فرضیات مساله به این صورت است که انتقال حرارت جابجایی در اطراف استوانه ایجاد می شود و انتقال حرارت با توجه به عایق کاری کردن دیواره ها در پایین و بالای محفظه قابل صرف نظر کردن است. با توجه به
شکل شماره - 1 - شماتیک دیواره انکوباتور و شرایط حاکم بر آن نشان داده شده است.
برای محفظه دما ثابت با استفاده از قوانین فوریه و سرمایش نیوتن داریم:[12]
دمای سطح خارجی دیواره محفظه با استفاده از قانون سرمایش نیوتن بدست می آید :[12]
با بدست آمدن دمای سطح خارجی دیواره محفظه، میزان انتقال حرارت تشعشعی محفظه را نیز می توان با استفاده از قانون استفان بولتزمن محاسبه کرد:[12]
با استفاده از روابط - 1 - ، - 3 - و - 5 - همین مراحل را برای محاسبه تلفات حرارتی لوله های واسط بین محفظه و گرمکن و سردکن را نیز انجام می دهیم که طول کل لوله ها برابر 0,7 متر و سرعت سیال داخل لوله ها = 0.849 ⁄ در نظر گرفته شده است که بدست می آید:
با در نظر گرفتن ضریب اطمینان چهار، توان گرمکن و سرد کن 40w انتخاب شده است.
مکانیزم تزریق حلال
جهت تزریق حلال به داخل محلول از دو عدد سرنگ 50 سی سی استفاده شده است. برای اینکه حلال توسط سرنگ با الگوریتم مشخصی تزریق شود، نیاز به مکانیزمی است که با یک سرعت معین، پیستون سرنگ را به جلو حرکت داده تا حلال با حجم مشخصی تزریق گردد. طرح کلی مکانیزم ارائه شده در شکل - 2 - قابل ملاحظه می باشد. بطورکلی، برای حرکت دادن به پیستون سرنگ از مکانیزم پیچ و مهره استفاده شده که مهره توسط دو عدد میله راهنما در مسیر طراحی شده حرکت می کند.
شکل 2 مکانیزم تزریق حلال و درپوش محفظه انحلال
براساس آزمایشات انجام شده، میزان نیروی مورد نیاز جهت تزریق حلال توسط سرنگ 50 سی سی در حداکثر سرعت تزریق 2cc/min ، 11,57 نیوتن است که حاصل جمع نیروی دو عدد سرنگ برابر 23,15 نیوتن می باشد. با در نظر گرفتن نیروی اعمالی گشتاور مورد نیاز محرک، محاسبه شده است. با در نظر گرفتن اینکه نیروی خارجی فقط در حالت حرکت رو به جلوی قطعه مهره به مکانیزم اعمال می شود و بیشترین گشتاور جهت بحرکت درآوردن پیچ در این شرایط مورد نیاز است، پس گشتاور در این حالت بصورت زیر محاسبه شده است :[13]
الکترونیک دستگاه
بخش الکترونیک دستگاه متشکل از حسگرها، عملگرها، منبع تغذیه و واحد پردازش می باشد. برای انتخاب حسگرها، شرایط کاری و دقت اندازه گیری دستگاه مد نظر قرار گرفته است. مشخصات فنی عملگرها نیز بر اساس نتایج حاصل از محاسبات بخش های قبلی و قابلیت های دستگاه، مورد بررسی و انتخاب قرار گرفته است. انرژی دستگاه توسط کابل 220 ولت متصل به برق شهری تامین و دستگاه بوسیله پورت USB با کامپیوتر ارتباط برقرار می کند. در شکل شماره - 3 - شماتیک الکترونیک دستگاه نشان داده شده است.
طراحی فرمی دستگاه
کارکردهای عملکردی و فرمی محصول بسته به افراد و تجهیزات مرتبط و محیط های استفاده می تواند در چارچوب های متنوعی مطرح گردد و میزان مطابقت دستگاه با این عوامل است که تعیین کننده میزان کارایی آن می باشد. در رابطه با دستگاه مورد نظر بدلیل کاربرد آن در محیط های آزمایشگاهی، الزاماتی برای طراحی فرمی آن می بایست مد نظر قرارگیرد. محیطهای آزمایشگاهی
