Η αξιοπιστία των μετρήσεων μαγνητικής υπερθερμίας μαγνητικών νανοσωματιδίων

 
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share




2016 (EN)
Η αξιοπιστία των μετρήσεων μαγνητικής υπερθερμίας μαγνητικών νανοσωματιδίων

Τερζοπούλου, Αναστασία

In this work, the objective is to propose an experimental protocol, together with a calculation sequence, providing more reliable assessment of heating efficiency values in Magnetic Particle Hyperthermia (MPH). MPH is considered as a synergistic cancer treatment based on the fact that magnetic nanoparticles (MNPs) can transform electromagnetic energy from an external high-frequency field to heat. Local, mild temperature increase occurs when MNPs are injected in a tumor and subsequently exposed in alternating magnetic field. The elevation of temperature may enhance tumor oxygenation and radio- and chemo- sensitivity, thus resulting either directly and/or indirectly to eventual shrinking of tumor regions. The heating ability of MNPs is quantified by Specific Loss Power (SLP) index, which refers to the amount of energy converted into heat per time and per mass of the magnetic material. A wide variety of magnetic nanoparticles have been developed for use in MPH, focusing initially on the facile preparation, expected biocompatibility and chemical stability and eventually on magnetic parameters tuning to further increase heating efficiency. For example, increase of the saturation magnetization, control of magnetic anisotropy through the crystallinity, shape, exchange and interparticle interactions of MNPs are also alternative approaches currently being examined to maximize heating efficiency. Despite the intrinsic nature of heating efficiency described above, another important issue is related to the magnitude of reported SLP values that appear to vary considerably for similar materials. Such discrepancy is usually related to the experimental parameters and protocols followed by studies performed in different labs. This originates from the use of diverse commercial or custom-made devices working under different conditions and, as a consequence, the absence of a universal protocol to give reliable, comparable results. The present study focuses on the examination of parameters affecting SLP. It includes experimental examination of the measurement setup parameters (such as various thermal insulations, different vessel materials and shapes, variable thermometer positions and coil setups frequency and amplitude of AC field) that may affect the SLP estimation by changing dramatically the experimentally observed temperature variations. Calculation of SLP includes correction of the heating curve slope by modeling and extracting the heat losses to the environment. Finite elements modeling (Comsol software) is used to examine heat transfer between the system and the environment as well as the magnetic field distribution.
Στην παρούσα εργασία, στόχος είναι η πρόταση ενός πειραματικού πρωτόκολλου και μιας υπολογιστικής διαδικασίας, για πιο αξιόπιστη εκτίμηση της θερμικής απόδοσης μαγνητικών νανοσωματιδίων σε εφαρμογές μαγνητικής υπερθερμίας.Η μαγνητική υπερθερμία θεωρείται ως συνεργατική θεραπεία του καρκίνου με βάση το γεγονός ότι τα μαγνητικά νανοσωματίδια μπορούν να μετατρέψουν ηλεκτρομαγνητική ενέργεια από εξωτερικό πεδίο υψηλής συχνότητας σε θερμότητα. Τοπική, ήπια αύξηση της θερμοκρασίας επιτυγχάνεται όταν τα μαγνητικά νανοσωματίδια εγχέονται σε όγκο και στη συνέχεια εκτίθενται σε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να ενισχύσει την οξυγόνωση του όγκου και την ευαισθησία του στην ακτινοθεραπεία και τη χημειοθεραπεία, οδηγώντας τελικά σε συρρίκνωση του. Η ικανότητα θέρμανσης των μαγνητικών νανοσωματιδίων εκφράζεται ποσοτικά με το δείκτη ειδικής απώλειας ισχύος (SLP), ο οποίος αναφέρεται στην ποσότητα της ενέργειας που μετατρέπεται σε θερμότητα στη μονάδα χρόνου και μάζας μαγνητικού υλικού. Ένα ευρύ φάσμα μαγνητικών νανοσωματιδίων έχουν αναπτυχθεί για εφαρμογές μαγνητικής υπερθερμίας, εστιάζοντας αρχικά στην εύκολη παρασκευή, τη βιοσυμβατότητα και τη χημική σταθερότητα και έπειτα στις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών για περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης στη θέρμανση. Για παράδειγμα, η αύξηση της μαγνήτισης κόρου, ο έλεγχος της κρυσταλλικής ανισοτροπίας, της ανισοτροπίας σχήματος και ανταλλαγής, καθώς επίσης και των διασωματιδιακών αλληλεπιδράσεων αποτελούν προσεγγίσεις που εξετάζονται για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης θέρμανσης. Παρά την εγγενή φύση της απόδοσης θέρμανσης που περιγράφεται παραπάνω, ένα άλλο σημαντικό ζήτημα σχετίζεται με το μέγεθος των αναφερόμενων τιμών SLP που φαίνεται να ποικίλλει σημαντικά για παρόμοια υλικά. Τέτοιες διαφορές συνήθως σχετίζονται με τις πειραματικές παραμέτρους και τα πρωτόκολλα που ακολουθούνται σε μελέτες που διεξάγονται σε διαφορετικά εργαστήρια και πηγάζουν από τη χρήση διαφορετικών συσκευών που λειτουργούν υπό διαφορετικές συνθήκες με αποτέλεσμα να μην ακολουθείται ένα καθολικό πρωτόκολλο το οποίο θα μπορούσε να δώσει αξιόπιστα και συγκρίσιμα αποτελέσματα. Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στην εξέταση των παραμέτρων που επηρεάζουν τον δείκτη SLP. Περιλαμβάνει πειραματική εξέταση των παραμέτρων μέτρησης (όπως διάφορες θερμικές μονώσεις, διαφορετικά δοχεία και σχήματα, μεταβλητές θέσεις θερμομέτρου και ρυθμίσεις συχνότητας και πλάτους του εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου) που μπορούν να επηρεάσουν την τιμή του SLP αλλάζοντας δραματικά τις πειραματικά μετρούμενες μεταβολές θερμοκρασίας. Ο υπολογισμός του δείκτη SLP περιλαμβάνει διόρθωση της κλίση της καμπύλης θέρμανσης μέσω μοντελοποίησης και αφαίρεσης των απωλειών θερμότητας προς το περιβάλλον. Το υπολογιστικό λογισμικό Comsol χρησιμοποιείται για τη μελέτη της μεταφοράς θερμότητας μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντος, καθώς και για την κατανομή του μαγνητικού πεδίου.

info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
Graduate Thesis / Πτυχιακή Εργασία

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)

Greek
English

2016
2016-10-17T11:59:00Z


Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Φυσικής

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at http://ikee.lib.auth.gr. Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.
info:eu-repo/semantics/openAccess



*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)