Трилемма магнитной гипертермии «поле – частота – размер» на примере наночастиц ZnMn феррита 

Нань Нань Лю, аспирант, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Россия, г. Москва, Ленинские горы, 1),  E-mail: nannan.liu@irlc.msu.ru
Александр Павлович Пятаков, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики колебаний, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Россия, г. Москва, Ленинские горы, 1), E-mail: pyatakov@physics.msu.ru
Николай Анатольевич Пятаев, доктор медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой анестезиологии и реаниматологии с курсами валеологии, безопасности жизнедеятельности и медицины катастроф, Национальный исследовательский Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева (Россия, г. Саранск, ул. Большевистская, 68), E-mail: pyataevna@mail.ru
Глеб Борисович Сухоруков, доктор физико-математических наук, профессор, Сколковский институт науки и технологий (Россия, г. Москва, Большой бульвар, 30); Лондонский университет королевы Марии (E1 4NS Лондон, Майл Энд Роуд), E-mail: g.sukhorukov@qmul.ac.uk
Александр Метталинович Тишин, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры общей физики и физики конденсированного состояния, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Россия, г. Москва, Ленинские горы, 1), E-mail: tishin@amtc.org 

Эффективность преобразования электромагнитной (ЭМ) энергии в тепловую является ключевым фактором использования магнитных наночастиц (МНЧ) в магнитной гипертермии и ряде других новейших медицинских технологиях, таких как лечение болезни Паркинсона и нейроинтерфейсы на основе МНЧ. В настоящее время для увеличения тепловыделения увеличивают концентрацию МНЧ в опухоли и/или амплитуду и частоту ЭМ-поля, что приводит к увеличению веса, размера и потребляемой мощности источников поля, а также к усилению неблагоприятного воздействия на здоровые ткани. В данном обзоре впервые формулируется трилемма магнитной гипертермии и определяются пути нахождения оптимального баланса между частотой, амплитудой ЭМ-поля и размером МНЧ. Целью работы является попытка решения этой трилеммы на примере МНЧ-ферритов MnZn. А именно нахождение оптимального сочетания свойств МНЧ и параметров внешнего поля и разработка новой стратегии повышения эффективности тепловыделения на относительно низких частотах с использованием МНЧ на основе феррита MnZn, которая позволит сфокусировать исследования в области магнитной гипертермии на новой области магнитных полей и размеров МНЧ. В работе продемонстрирована нетривиальная зависимость (ближе к пятой степени, а не к хорошо известной квадратичной) теплового выделения от величины ЭМ-поля в МНЧ Zn0,2Mn0,8Fe2O4. Наше исследование ставит под вопрос традиционный подход, основанный на минимизации величины магнитного поля и увеличении частоты (в отдельных случаях до 300–500 кГц или даже выше) и предлагает улучшенную стратегию: увеличение амплитуды при максимальном уменьшении частоты. Это позволит более эффективно использовать наличие у МНЧ суперквадратичной зависимости величины удельного поглощения ЭМ-энергии от амплитуды поля. Результаты исследований могут оказать серьезное влияние на стратегии разработок других передовых биомедицинских технологий с использованием МНЧ. 

Ключевые слова

магнитная гипертермия, удельная скорость поглощения, магнитные наночастицы, мощность внутренних потерь, гистерезисный механизм 

 Скачать статью в формате PDF

Для цитирования:

Лю Н. Н., Пятаков А. П., Пятаев Н. А., Сухоруков Г. Б., Тишин А. М. Трилемма магнитной гипертермии «поле – частота – размер» на примере наночастиц ZnMn феррита // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2022. № 2. С. 54–80. doi:10.21685/2072-3040-2022-2-5