مطالعه فرآيند گرمايش نانوذرات طلا در نانوپزشکی ليزری

اعلايی, زهرا and محمدنژاد, شهرام (2010) مطالعه فرآيند گرمايش نانوذرات طلا در نانوپزشکی ليزری. فصلنامه علمی پژوهشی لیزر در پزشکی, 7 (3). pp. 18-48. ISSN 3319-1735

[img]
Preview
Text
Lasers in Medicine-v7n3p18-fa.pdf

Download (307kB) | Preview
Official URL: http://www.icml.ir/browse.php?a_id=173&sid=1&slc_l...

Abstract

مقدمه: برهم­کنش پالس­های ليزری بسيار کوتاه با نانوذرات طلا در محيط­های بيولوژيکی برای تخريب سلول­های سرطانی، باکتري­ها، ويروس­ها و DNA به­کار مي­رود. پالس­های ليزری بسيار کوتاه انرژی بسيار زيادی را بر روی ذره بسيار کوچک فلزی متمرکز مي­کنند. فوتون­هايی که توسط الکترون­های آزاد ذره جذب می شوند، به شبکه کريستالی ذره و سپس به محيط اطراف منتقل مي­شوند. بنابراين نانوذرات به صورت متمرکز باعث انتقال گرما از پالس­های بسيار کوتاه به سلول­های هدف مي­شوند. شبيه­سازی اين فرآيند تأثير به­سزايی در تحقيقات اين حوزه دارد و با استفاده از نتايج آن مي­توان به­طور پيش­بينی شده عمل نمود. روش بررسی: در ميان نانوساختارها نانوذرات طلا کانديدای مناسبی برای فرآيند گرمايش ليزری هستند، زيرا آن­ها جذب­کننده­های نوری قوی، پايدار و غيرسمی هستند که به­راحتی به پروتئين­ها متصل مي­شوند و خواص اپتيکی آن­ها تنظيم­پذير مي­باشد. دو مدل دمايی برای محاسبه دمای الکترون­ها و دمای شبکه کريستال نانوذره وجود دارد. مدل تک­دمايی که دمای يکسانی برای الکترون­ها و کريستال نانوذره فرض مي­کند و مدل دودمايی که برای پالس­های ليزری بسيار کوتاه به­کار مي­رود. پالس­های کوتاه قبل از انتقال کامل انرژی الکترون­ها به شبکه به اتمام مي­رسند و بنابراين دمای الکترون­ها و شبکه متفاوت است. برای شبيه­سازی فرآيند گرمايش نانوذرات طلا از تقريب گرمايی يکنواخت و مدل تک­دمايی استفاده شده است. اندازه کوچک نانوذرات در مقايسه با طول موج تابش ليزری تأييد مي­کند که اين مدل تقريب مناسبی برای گرمايش نانوذرات پس از تابش پالس­های ليزری بسيار کوتاه فمتوثانيه، پيکوثانيه و نانوثانيه مي­باشد. در مدت اعمال پالس ليزری، انتقال گرما به محيط اطراف اندک است اما، زمانی که پالس شروع به تنزل مي­کند، انتقال گرما از ذره به محيط اطراف به­طور قابل ملاحظه­ای افزايش مي­يابد. تلفات دما برای پالس­های نانوثانيه­ای به دليل طول پالس طولاني­تر نسبت به ديگر پالس­ها بيشتر مي­باشد. تأثيرحضور نانوذرات در محيط­های بيولوژيکی مختلف از جمله آب، خون، پروستات، چربی و تومور بر روی ديناميک گرمايی ليزری نانوذرات طلای 30 نانومتری بررسی مي­شود. يافته­ها: واکنش گرمايی نانوذرات طلا در خون، پروستات و تومور با حالتی که محيط اطراف آب مي­باشد ، مشابه و قابل مقايسه است. اما، نانوذرات در محيط چربی به­دليل اينکه رسانايی گرمايی کمی دارد، بيشترين دما را در همان سطح انرژی و طول پالس ليزری در مقايسه با ديگر محيط­های بيولوژيکی به­دست مي­آورند. ديناميک دمايی ذرات به تلفات گرمايی از سطح نانوذرات به محيط اطراف حساس مي­باشند. در رژيم فمتوثانيه، طول پالس ليزر بسيار کوچک مي­باشد و محيط با مشخصات گرمايی بالا هم نمي­تواند دما را در طول پالس به ميزان چشمگيری کاهش دهد. اما، در رژيم­های پيکو و نانوثانيه محيط با رسانايی گرمايی کم هم مي­تواند دمای نانوذرات را به مقدار زيادی تغيير دهد. با بررسی مقالات ديگر، نتايج تئوری توسط آزمايش­های عملی تصديق شده است. به­طوري­که ماکزيمم دما برای فمتو، پيکو و نانو به ترتيب حدوداً 1020، 1005 و 7000 درجه کلوين در شدت ليزر mJ/cm2 1، mJ/cm2 1و mJ/cm2 10مي­باشد. همچنين مقايسه مدل تک­دمايی در اين مقاله با مدل دودمايی در مقالات ديگر نشان مي­دهد که مدل دودمايی تنها برای رژيم فمتو ثانيه کاربرد دارد که دمای الکترون­ها از دمای شبکه متفاوت است، اما، اين روش برای طول پالس­های طولاني­تر (پيکو و نانوثانيه)، کاربردی ندارد و حتی به­دليل عدم درنظر گرفتن تلفات گرمايی از سطح نانوذره به محيط اطراف، نتايج به­دست آمده از صحت کافی برخوردار نيست. نتيجه­گيری: نتايج حاصل از اين مقاله نشان مي­دهد که مدل تک­دمايی روشی مناسب برای درک برهم­کنش پالس­های ليزری کوتاه با نانوذرات فلزی مي­باشد. زيرا درصورتي­که اندازه نانوذره از طول موج تابش ليزر بسيار کوچک­تر باشد، تأخير زمانی بين برهم­کنش الکترون و شبکه کريستالی قابل اغماض است و نتايجی مشابه با نتايج مدل دودمايی به­دست مي­آيد.

Item Type: Article
Uncontrolled Keywords: نانوذرات، پالس¬های لیزری، دینامیک گرمایی،
Subjects: R Medicine > RZ Other systems of medicine
Divisions: Other Journals > Official Journal of Iranian Center for Medical Laser (ICML)
Depositing User: سمیه باغبانی
Date Deposited: 11 Oct 2015 10:49
Last Modified: 11 Oct 2015 10:49
URI: http://eprints.bpums.ac.ir/id/eprint/4053

Actions (login required)

View Item View Item