Electromagnetic field-induced second harmonic ultrasound generation, in magnetic nanoparticles
El uso de nanopartículas magnéticas (NMPs) con fines diagnósticos y terapéuticos (teragnósticos) en entornos biomédicos y clínicos ha ido en aumento. La hipertermia de fluido magnético (HFM) es un ejemplo notable de tal aplicación. HFM es una estrategia terapéutica para afecciones oncológicas que im...
| Authors: | , , |
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| Format: | master thesis |
| Status: | Published version |
| Publication Date: | 2024 |
| Country: | España |
| Institution: | Universidad de Zaragoza |
| Repository: | Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza |
| OAI Identifier: | oai:zaguan.unizar.es:144893 |
| Online Access: | http://zaguan.unizar.es/record/144893 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | ultrasonidos electromagnetismo física |
| Summary: | El uso de nanopartículas magnéticas (NMPs) con fines diagnósticos y terapéuticos (teragnósticos) en entornos biomédicos y clínicos ha ido en aumento. La hipertermia de fluido magnético (HFM) es un ejemplo notable de tal aplicación. HFM es una estrategia terapéutica para afecciones oncológicas que implican la transferencia de calor mediante NPMs administradas localmente a las células. Funcionando como emisores térmicos de escala nanométrica, estas NPMs absorben energía de un campo electromagnético (CEM) aplicado externamente y posteriormente descargan calor, aumentando así la temperatura<br />local a niveles terapéuticamente adecuados para matar las células cancerosas.<br />Recientemente, se ha establecido empíricamente que la absorción de energía por parte de las NPMs genera daño físico a las membranas biológicas, consecuencia atribuida a la energía descargada por las NPMs. Este fenómeno parece inexplicable con la mera consideración de los efectos térmicos, lo que implica un proceso subyacente.<br />Recientes estudios proponen una explicación para el fenómeno mencionado anteriormente. La alteración observada dentro de las estructuras celulares se atribuye a la generación de una onda acústica en el rango de ultrasonido (US) por parte de las NPMs al ser excitadas por el CEM. Se especula que la generación de estas ondas acústicas induce una contribución no lineal en el segundo armónico de la frecuencia del CEM, y se ha teorizado que está intrínsecamente conectada al movimiento oscilatorio provocado en las NPM debido al gradiente del campo magnético. La fuerza magnética invierte la dirección según el ciclo de histéresis magnético de las NPM cada 2f, instigando esta oscilación. Fuentes bibliográficas específicas amplían este marco teórico y han realizado experimentos de validación que fundamentan el fenómeno. Sin embargo, estos experimentos a menudo no dan prioridad al estudio del segundo armónico o emplean equipos que no son trasladables a la utilización clínica.<br />En consecuencia, esta tesis doctoral busca autentificar experimentalmente este fenómeno utilizando equipos de US empleados habitualmente en el laboratorio y clínicamente. Se desarrollará un sistema experimental para validar esta generación de US y su carácter magnético. Esta configuración tendrá como objetivo superar los desafíos técnicos, como las interferencias magnéticas y eléctricas entre el sistema de medición de US y el equipo de generación de CEM. Estos obstáculos han llevado anteriormente a los investigadores en este campo a utilizar en métodos no convencionales que resultan difíciles de implementar, como se mencionó anteriormente.<br />Una vez verificada con éxito la manifestación de este fenómeno y su adecuada medición, se realizarán experimentos en muestras con NPMs orientadas en direcciones específicas en relación con el CEM aplicado. Esta investigación está inspirada en varios estudios en HFM, en los que el ensamblaje de estructuras lineales de NPMs ha demostrado mejores resultados de calentamiento en las NPMs. Estos hallazgos sugieren que estas cadenas de NPM también podrían influir en el comportamiento magnetoacústico.<br />Finalmente, se realizará una investigación específica para generar imágenes tomográficas in vitro de generación de ultrasonido de segundo armónico (US-2A). Estas imágenes podrían allanar el camino para nuevos sistemas de imagen medica que empleen NPMs como agentes de contraste y faciliten el seguimiento de la HFM, entre otras aplicaciones.<br />Las implicaciones de este estudio tienen un gran potencial e involucran a varios sectores, con énfasis en la medicina terapéutica. La investigación de la capacidad de las NPMs para generar US dentro de estructuras celulares tiene el potencial de revolucionar significativamente las estrategias terapéuticas al introducir una precisión y un control sin precedentes. Otros resultados importantes comprenden la formulación de nuevos protocolos de imagen médica, que amplifican nuestra comprensión de las estructuras celulares y los mecanismos patológicos.<br />Más allá del ámbito de la medicina, los hallazgos de esta investigación tienen el potencial de remodelar fundamentalmente las metodologías de inspección industrial y las pruebas no destructivas mediante la utilización de NPMs.<br />Los resultados podrían contribuir en avances en la ciencia de materiales al facilitar la creación de materiales innovadores con propiedades personalizadas y un rendimiento mejorado. En consecuencia, el paradigma de esta investigación se extiende mucho más allá de la medicina, con la capacidad de revolucionar múltiples sectores, marcando el comienzo de tecnologías innovadoras y avances científicos.<br /> |
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