DOI:10.1038/s41598-020-68117-9
作者介紹了用于延長藥物釋放的三層纖維支架的制備方法和計算建模。通過乳液/序列靜電紡絲生產的支架由兩個聚（ε-己內酯）（PCL）層以及聚（D，L-乳酸-乙醇酸共聚物）（PLGA）纖維夾層組成。將支架中藥物釋放速率的實驗結果與最近引入的計算納米纖維向三維（3D）周圍介質中擴散性藥物釋放的有限元（FE）模型結果進行了比較。采用兩個不同的有限元模型：（1）一個三維離散連續體和由簡單徑向一維（1D）有限元素表示的纖維；（2）由包含纖維彌散和周圍域的復合彌散式有限元素（CSFEs）離散的三維連續體。這兩個模型均受到聚合物降解和藥物在纖維/周圍界面的疏水性的影響。CSFE模型包括纖維的體積分數和直徑分布，并且通過使用校正功能進一步增強模型的準確性。計算結果在羅丹明B（熒光藥物1）和其他親水藥物上得到了驗證。與實驗結果相吻合證明了數值模型可以作為藥物釋放到周圍多孔介質或生物組織中的有效工具。結果表明，引入的三層支架延緩了藥物釋放過程，可用于術后治療期間藥物的時間控制釋放。
圖1.PLGA和PCL靜電紡絲纖維（a，b）的SEM圖像以及相應的纖維直徑分布直方圖（c，d）。
圖2.（a）纖維表面擴散，這對應于纖維量和總體積；dVsur是周圍介質所占的體積，（b）具有兩個域的復合彌散有限元（CSFE）表示為：纖維和周圍介質，（c）CSFE中的1D連接性元素。
圖3.根據（a）半徑為r和濃度為C0的纖維，周圍流體通過連續Fes離散，在流體周圍形成二維離散模型。（b）用纖維和周圍流體擴大了詳細模型的面積。（c）通過纖維表面積對點1和點2之間的一維離散體進行了彌散模型展示。（d）對于具有不同纖維體積分數的模型，彌散模型纖維域中的差分系數（cf）取決于Dsurr/Dfib比值，（e）用于計算校正因子的插值過程的描述。
圖4.（a）PCL/PLGA/PCL支架的有限元（FE）模型配置和幾何形狀。（b）通過一層PLGA和PCL纖維的SEM成像（掃描棒20μm）重建纖維的一維網格。（c）PLGA/PCL 3層模型的三維FE模型，并將對稱條件應用于該模型。
圖5.使用具有纖維網（頂部）和彌散復合有限元（底部）的詳細模型建模的樹狀PLGA/PCL支架。數值模型由纖維（左）和周圍（右邊）域組成。
圖6.詳細和彌散模型中纖維和周圍域的樹狀PLGA/PCL支架濃度場，可用于在PLGA層內擴散RhB。
圖7.（a）浸漬RhB復合物和24wt％ 65:35 PLGA的累積釋放與時間的關系。實驗曲線（虛線）和使用真實（詳細）和彌散式PLGA/PCL纖維模型獲得的有限元模擬結果。計算模型的參數基預測：（b）釋放對層厚度的依賴性。（c）藥物分配的作用（疏水性）。（d）在不同時間釋放的藥物與PCL層厚度的關系。（e）由于PCL層的厚度導致的初始爆發延遲。
