بررسی هایپرترمی با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

نانو فیزیک، دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، ، تبریز،ایران

چکیده

سرطان یکی از شایع ترین بیماری های حال حاضر جهان است که بشر با آن درگیر است. در این مطالعه کل فرآیند گرما درمانی در نرم افزار کامسول شبیه سازی شده است. از سیال پایه اکتان و نانو ذرات مغناطیسی Fe_3 O_4 در شبیه سازی استفاده شد. این شبیه سازی شامل تزریق نانو سیال به محیط متخلخل، انتشار نانو سیال در تومور و انتقال حرارت ناشی از ذرات مغناطیسی است. برای هندسه انتخاب شده و با استفاده از شبکه ریز، فشار و غلظت نانو سیال به عنوان تابعی از زمان محاسبه شده است. این مدل با سایر مدل های کامپیوتری و داده های تجربی مقایسه شده است که نتایج حاصله نشان می دهد تمام فیزیک ها به درستی در نرم افزار کامسول پیاده سازی شده اند. همچنین تاثیر شدت و فرکانس میدان مغناطیسی، غلظت اولیه و قطر نانو ذرات بر توزیع دمای داخل تومور بررسی شده است. به گونه ای که با افزایش شدت میدان مغناطیسی از kA/m 2/1 به kA/m 4/1، فرکانس اعمالی از 164kHz به 180kHz، غلظت اولیه نانو ذرات از mol/m^3 29/1024 به mol/m^3 1200 و قطر نانو ذرات از 8nm به 11nm دمای بافت تومورال از 48℃ به 54℃، از 48℃ به 65℃ ، از 48℃ به 80℃ ،از 48℃ به 160℃ به ترتیب افزایش یافت. موارد ذکر شده تاثیر مستقیمی با میزان گرمای ایجاد شده درون بافت تومور دارد ولی باید توجه داشت که افزایش دما برای گرما درمانی تا 48℃ مناسب است و افزایش بیش از حد، موجب آسیب و حتی نابودی بافت های سالم اطراف تومور می گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of the iron oxide magnetic nanoparticles Hyperthermia

نویسندگان [English]

  • Ahad Ollah Ezzati
  • َAlireza Abdollahzadeh
  • Mehdi Arasi
1-Faculty of Physics, University of Tabriz 2-Research Institute of Applied Physics and Astronomy, University of Tabriz
چکیده [English]

Cancer is one of the current, widespread diseases in the world which human beings have tackled over the years. In this study the whole process of hyperthermia was simulated in the “COMSOL” software. The octane base fluid and 〖Fe〗_3 O_4 nanomagnetic particles were used in the simulations. The infusion of nanofluid into the porous medium, nanofluid diffusion in tumor, and production of heat caused by nanomagnetic particles were included. For the selected geometry and by using the fine grid, the nanofluid pressure and concentration as function of time were calculated. The results showed that all the physics were involved and were correctly implemented in the Comsol software. Also, the effect of the magnetic field intensity and it’s frequency, concentration and diameter of the nanoparticles on the temperature distribution inside the tumor has been investigated. The calculations showed that by increasing the magnetic field intensity from 1.2 kA/m to 1.4 kA/m, frequency from 164kHz to 180kHz, concentration of nanoparticles from 1024.29 mol/m3 to 1200 mol/m3 and nanoparticles diameter from 8nm to 11nm the tumoral tissue temperature increased from 48℃ to 54℃, 48℃ to 65℃, 48℃ to 80℃ and 48℃ to 160℃ respectively. The mentioned parameters have a direct effect on the generated heat inside the tumor, but it should be noted that increasing the temperature up to 48 ℃ is suitable and temperatures more than 48 ℃ causes damage in the healthy tissues around the tumor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hyperthermia
  • Iron oxide
  • Concentration of nano fluid
  • Simulation
  • COMSOL

مراجع

 
[1]        Kumar V, Abbas AK, Fausto N, Aster JC. Robbins and Cotran pathologic basis of disease, professional edition e-book: Elsevier health sciences; 2014.
[2]        Vogelstein B, Kinzler KW. The genetic basis of human cancer: McGraw-Hill Professional; 2002.
[3]        Sefidgar M, Bashooki E, Shojaee P. Numerical simulation of the effect of necrosis area in systemic delivery of magnetic nanoparticles in hyperthermia cancer treatment. Journal of thermal biology. 2020;94:102742.
[4]        Skumiel A, Kertmen A, Nowaczyk G. Investigation of the magnetic hyperthermia effect in an aqueous dispersion of colloidosomal nanoparticle clusters. Journal of Molecular Liquids. 2019;283:91-5.
[5]        Suleman M, Riaz S. 3D in silico study of magnetic fluid hyperthermia of breast tumor using Fe3O4 magnetic nanoparticles. Journal of thermal biology. 2020;91:102635.
[6]        Dahaghin A, Emadiyanrazavi S, Salimibani M, Bahreinizad H, Haghpanahi M, Eivazzadeh-Keihan R, et al. A numerical investigation into the magnetic nanoparticles hyperthermia cancer treatment injection strategies. Biocybernetics and Biomedical Engineering. 2021;41(2):516-26.
[7]        Iglesias C, De Araújo J, Xavier J, Anders R, De Araújo J, Da Silva R, et al. Magnetic nanoparticles hyperthermia in a non-adiabatic and radiating process. Scientific Reports. 2021;11(1):1-13.
[8]        Javidi M, Heydari M, Karimi A, Haghpanahi M, Navidbakhsh M, Razmkon A. Evaluation of the effects of injection velocity and different gel concentrations on nanoparticles in hyperthermia therapy. Journal of biomedical physics & engineering. 2014;4(4):151.
[9]        Pennes HH. Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the resting human forearm. Journal of applied physiology. 1948;1(2):93-122.
[10]      Suleman M, Riaz S. In silico study of hyperthermia treatment of liver cancer using core-shell CoFe2O4@ MnFe2O4 magnetic nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020;498:166143.
[11]      Crank J. The mathematics of diffusion: Oxford university press; 1979.
 
 
 
 
 
 
 
 
دنیای نانو
دوره 19، شماره 71
شهریور 1402
صفحه 66-80

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 07 خرداد 1402
  • تاریخ بازنگری: 06 مرداد 1402
  • تاریخ پذیرش: 21 مرداد 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار