This paper proposes a mathematical approach for robust control of a nanoscale drug delivery system in treatment of atherosclerosis. First, a new nonlinear lumped model is introduced for mass transport in the arterial wall, and its accuracy is evaluated in comparison with the original distributed-parameter model. Then, based on the notion of sliding-mode control, an abstract model is designed for a smart drug delivery nanoparticle. In contrast to the competing strategies on nanorobotics, the proposed nanoparticles carry simpler hardware to penetrate the interior arterial wall and become more technologically feasible. Finally, from this lumped model and the nonlinear control theory, the overall system's stability is mathematically proven in the presence of uncertainty. Simulation results on a well-known model, and comparisons with earlier benchmark approaches, reveals that even when the LDL concentration in the lumen is high, the proposed nanoscale drug delivery system successfully reduces the drug consumption levels by as much as 16% and the LDL level in the Endothelium, Intima, Internal Elastic Layer (IEL) and Media layers of an unhealthy arterial wall by as much as 14.6%, 50.5%, 51.8%, and 64.4%, respectively.


翻译:本文建议了一种数学方法,用以严格控制治疗麻风性硬化的纳米规模药物运载系统。 首先,在动脉壁的大规模运输中引入了新的非线性包状模型,并与原始分布式参数模型比较,对其准确性进行评价。然后,根据滑动模式控制的概念,为智能药物交付纳米粒子设计了一个抽象模型。与纳米机器人的相互竞争战略相比,拟议的纳米粒子携带较简单的硬件,可以穿透内部动脉壁,在技术上更加可行。最后,从这一包状型模型和非线性控制理论中,总体系统的稳定在存在不确定性的情况下得到了数学上的证明。一个广为人知的模型的模拟结果,以及与早期基准方法的比较表明,即使LDLDL浓度很高,拟议的纳米药物交付系统也成功地降低了药物消费水平高达16%,安东接层、直线层、内部弹性层(IEL)和不健康动脉壁的媒体层水平分别下降了54.5%、54.5%、54.5%和54.5%。

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