Objasnění transportu vláknitých aerosolů a schopnost přesně modelovat interakci vláken se stěnou je potřebná jak pro výzkum toxických účinků vdechovaných vláken, tak pro budoucí využití biodegradabilních vláken jako nosičů léčiv. Projekt se v experimentální části zaměří na: 1) měření depozice vláken mikrometrových rozměrů v prostředí s vysokými gradienty rychlosti ve větvících se kanálech, které simulují lidské plíce. Měření bude provedeno pro transientní, cyklické proudění na replice plic se 7 rozvětveními. 2) Interakci vláken se stěnou pokrytou kapalným filmem. 3) Získání dat o orientaci vláken v oblastech vysokých rychlostních gradientů. Současně budou vyvíjeny CFD modely: výpočetně méně náročný přístup Euler-Lagrange, s implementací experimentálně získaných dat o orientaci vláken pro výpočet odporové síly částice (Tran Cong model) na celém modelu plic; a náročnější Discrete Element Method na modelu zjednodušené bifurkace. CFD výpočty budou validovány pomocí experimentů s využitím rychlokamery a softwaru pro analýzu obrazových záznamů vláken.

Popis anglicky
Elucidation of the transport of fibrous aerosols and the ability to precisely model the fibre-wall interaction is needed for both, research of the toxic effects of inhaled fibres, and future utilization of biodegradable fibres as drug carriers. The project will focus within the experimental part on 1) the measurement of deposition of micron-sized fibres in high velocity gradient flow in bifurcating tubes simulating human airways. The measurement will be performed for transient cyclic flow on the replica of airways with 7 generations of branching. 2) Interaction of fibres with a wall covered by a liquid film. 3) Acquisition of data on the orientation of fibres in high velocity gradient areas. Simultaneously, the CFD models will be developed: computationally less demanding Euler-Lagrange approach with the implementation of experimentally acquired data on the orientation of fibres for calculation of the drag force (using Tran-Cong model) on the whole replica; and more demanding Discrete Element Method on a single bifurcation model. CFD calculations will be validated experimentally.

Klíčová slova anglicky
fibres, fibrous aerosols, fiber deposition, lung model, experiment, computational simulation

22-20357S

čeština

Lízal František, doc. Ing., Ph.D. - hlavní řešitel

Energetický ústav
- odpovědné pracoviště (13.4.2021 - nezadáno)
Energetický ústav
- příjemce (13.4.2021 - nezadáno)

KÁNSKÁ, J.; LÍZAL, F.; BĚLKA, M. Deposition of rigid glass fibres inside a replica of female airways. PROCEEDINGS of the 23rd Annual Conference of the Czech Aerosol Society OVZDUŠÍ V ČASe. Milovy - Sněžné: Czech Aerosol Society, 2024. ISBN: 978-80-908653-2-7.
Detail

LÍZAL, F.; PRINZ, F.; MIŠÍK, O.; KÁNSKÁ, J.; BĚLKA, M.; CEJPEK, O.; MALÝ, M.; JEDELSKÝ, J.; ELCNER, J. Experimental and computational modelling of the flow of inhaled fibrous particles in human airways. Abstract Book of European Aerosol Conference 2024 (EAC2024), 25.8. – 30.8.2024, Tampere, Finland. Tampere: Finish Association for Aerosol Research, 2024.
Detail

LÍZAL, F. Experimental and Computational Modelling of Human Airways as a Tool for Efficient Inhalation Therapy, invited lecture at XV. International conference BIOIMPLANTOLOGY and regenerative medicine 2024. Lednice: České vysoké učení technické v Praze, 2024. p. 26-26.
Detail

PRINZ, F.; LÍZAL, F.; CEJPEK, O.; HÁJEK, O.; JÍCHA, M. On the transport of fibrous particles in the respiratory tract. Tayouan, Tchaj-wan: The 34th International Symposium on Transport Phenomena, 2024.
Detail

WEDEL, J.; STEINMANN, P;PRINZ, F.; LÍZAL, F.; HRIBERŠEK M.; RAVNIK J. Mass distribution impacts on particle translation and orientation dynamics in dilute flows. POWDER TECHNOLOGY, 2025, vol. 452, no. 20250228, p. 1-18. ISSN: 0032-5910.
Detail

JEDELSKÝ, J.; LÍZAL, F.; JÍCHA, M. Time-resolved characteristics of oscillatory particle-laden air flow in a realistic human airway model. EUROPEAN JOURNAL OF MECHANICS B-FLUIDS, 2024, vol. 105, no. May-June, p. 219-237. ISSN: 0997-7546.
Detail

MIŠÍK, O.; SZABOVÁ, J.; CEJPEK, O.; MALÝ, M.; JUGL, A.; BĚLKA, M.; MRAVEC, F.; LÍZAL, F. Nebulization and In Vitro Upper Airway Deposition of Liposomal Carrier Systems. MOLECULAR PHARMACEUTICS, 2024, vol. 21, no. 4, p. 1848-1860. ISSN: 1543-8384.
Detail

MIŠÍK, O.; PRINZ, F.; ELCNER, J.; BĚLKA, M.; LÍZAL, F. Impact of inspiration flow resistance of nebulizer on spontaneous breathing pattern and its effect on regional lung deposition. Parma, Italy: Chiesi Farmaceutici S.p.A., 2023.
Detail

BĚLKA, M.; MIŠÍK, O.; LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JÍCHA, M. Numerical and experimental study of gender differences in fiber deposition. Malaga, Španělsko: European Aerosol Conference, 2023.
Detail

PRINZ, F.; LÍZAL, F.; MIŠÍK, O.; MALÝ, M. Lattice Boltzmann Method and Its Application in Respiratory Tract Simulations. Akademie Věd Praha: Biomedical Fluid Mechanics, 2023.
Detail

LÍZAL, F.; KÁNSKÁ, J.; CABALKA, M.; MIŠÍK, O.; MALÝ, M.; CEJPEK, O.; BĚLKA, M.; JEDELSKÝ, J. The orientations of rigid glass fibres in turbulent flows inside a replica of human airways. PROCEEDINGS OF 22ND ANNUAL CONFERENCE OF THE CZECH AEROSOL SOCIETY. Čeladná: Czech Aerosol Society, 2023. p. 59-60. ISBN: 978-80-908653-1-0.
Detail

MIŠÍK, O.; SZABOVÁ, J.; MRAVEC, F.; LÍZAL, F. In vitro investigation of inhalation delivery of nebulized liposomes. Edinburgh, Spojené království: 2022.
Detail

MIŠÍK, O.; MALÝ, M.; CEJPEK, O.; SZABOVÁ, J.; LÍZAL, F. Influence of inhalation flow rate on the particle size of liposomal carrier aerosol generated by the medical nebulizer. In Proceedings of the International Conference Experimental Fluid Mechanics 2022. EPJ web of conferences (Print). Dvůr Králové nad Labem: EDP Sciences, 2022. ISSN: 2101-6275.
Detail

LÍZAL, F.; CABALKA, M.; LÍZALOVÁ ŠUJANSKÁ, E.; FARKAS, Á.; ŠTARHA, P.; KEDAJOVÁ, K.; MIŠÍK, O.; PECH, O.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. The flow of rigid glass fibres in an airway bifurcation under steady flow conditions. Prague, the Czech Republic: ERCOFTAC Spring Festival 2022, 2022.
Detail

LÍZAL, F.; CABALKA, M.; MALÝ, M.; BĚLKA, M.; MIŠÍK, O.; ELCNER, J.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. The flow of fibres in an airway bifurcation under steady flow conditions. Athens, Greece: International Aerosol Conference 2022, 2022.
Detail

LÍZAL, F.; CABALKA, M.; MALÝ, M.; BĚLKA, M.; MIŠÍK, O.; JEDELSKÝ, J. The flow of inhaled fibres in a model of the first bifurcation in human airways under transient conditions. PROCEEDINGS OF 21st ANNUAL CONFERENCE OF THE CZECH AEROSOL SOCIETY. Kutná Hora: Česká aerosolová společnost, 2022. p. 103-104. ISBN: 978-80-908653-0-3.
Detail

LÍZAL, F.; CABALKA, M.; MALÝ, M.; BĚLKA, M.; MIŠÍK, O.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. The flow of micrometre-sized glass fibres in a replica of the first bifurcation in human airways. In Proceedings of the International Conference Experimental Fluid Mechanics 2022. EPJ web of conferences (Print). Dvůr Králové nad Labem: Technical University of Liberec, 2022. p. 146-149. ISSN: 2101-6275.
Detail

BĚLKA, M.; LÍZAL, F.; ELCNER, J.; MIŠÍK, O.; JÍCHA, M. Numerical study of fiber deposition in airway replica using CFD-DEM simulation. In Proceedings of the International Conference Experimental Fluid Mechanics 2022. EPJ web of conferences (Print). Liberec: Technical university of Liberec, 2022. p. 1-5. ISSN: 2101-6275.
Detail

Odpovědnost: Lízal František, doc. Ing., Ph.D.