Generación de hipertermia magnética empleando campos magnéticos alternos aplicados en ferrofluídos, para aplicaciones biomédicas

Mina Rosales, Alejandra (2017). Generación de hipertermia magnética empleando campos magnéticos alternos aplicados en ferrofluídos, para aplicaciones biomédicas. Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.47968.

Descripción

Título: Generación de hipertermia magnética empleando campos magnéticos alternos aplicados en ferrofluídos, para aplicaciones biomédicas
Autor/es:
  • Mina Rosales, Alejandra
Director/es:
  • Serrano Olmedo, Jose Javier
Tipo de Documento: Tesis (Doctoral)
Fecha: 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Nanopartículas magnéticas, campos magnéticos alternos, hipertermia magnética alterna, ferrofluidos, señal de excitación = Magnetic Nanoparticles, Alternating Magnetic Field, Magnetic Hyperthermia, ferrofluids, excitation signal
Escuela: E.T.S.I. Telecomunicación (UPM)
Departamento: Tecnología Fotónica y Bioingeniería
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Este trabajo es resultado del diseño, desarrollo e implementación de la sección de caracterización en hipertermia magnética que surge como parte de la propuesta al interior del Centro de Tecnología Biomédica (CTB (UPM)) de la Universidad Politécnica de Madrid para habilitar la plataforma de caracterización de micro y nanopartículas. El objetivo se orienta a estudiar los fenómenos físicos que se presentan al exponer un ferrofluído magnético, enfocándose a posibles aplicaciones como el tratamiento para la eliminación de tejido canceroso, liberación de fármacos, etc., todo ello con la intención de proponer una nueva técnica de estudio que dependa de la configuraciones de excitación. La actualidad en el área de hipertermia magnética indica que una línea de investigación con oportunidad es la generación de señales con variación de frecuencia y forma; para ello se diseñaron y pusieron en marcha los elementos necesarios para generar hipertermia basada en el magnetismo, esto se realizó en el Laboratorio de Bioinstrumentación y Nanotecnología del CTB. Se propone la utilización de un dispositivo capaz de aplicar un rango de frecuencias que van de 100KHz hasta 2MHz (inexistente en el mercado), situación que permite versatilidad y a su vez aplicar distintas configuraciones en la señal de excitación encargada de producir el campo magnético alterno. Conociendo las virtudes que el equipo ofrece se ha realizado un estudio detallado aplicando 5 frecuencias: 200KHz, 400KHz, 600KHz, 800 KHz y 1MHz; aplicando distinta configuración de señales de excitación, para buscar diferencias en los fenómenos físicos presentes al compararlas con la sinusoidal, la cual es comúnmente utilizada en los equipos existentes en el mercado. El estudio se ha realizado detalladamente, estudiando tanto la configuración inicial de la señal, llevando un estricto control entre los parámetros que ofrece el equipo con respecto a la corriente, magnitud de campo, y otros; analizando la respuesta térmica del ferrofluído y desarrollando un análisis matemático. Los cambios de temperatura en la hipertermia magnética son explicados por dos fenómenos que se definen con el tiempo de Brown y de Néel; sin embargo este estudio se ha enfocado en observar si la trayectoria de las líneas de campo producidas por una señal de excitación distinta a la sinusoidal producen una respuesta magnética distinta en las nanopartículas con características superparamagnéticas. El estudio se llevó a cabo empleando nanopartículas de magnetita (Fe3O4) suspendidas en agua en una densidad de 100 mg/ml. La intensidad de campo magnético empleado varía de 0,1 ± 0,015 KA / m a 0,6 ± 0,015 KA / m. Los resultados dieron pauta para comprender que la pérdida de potencia depende de la frecuencia aplicada, así como que la normalización de la pérdida de potencia con respecto a la amplitud del campo magnético es mucho más alta para corrientes bajas que para corrientes altas. Lo anterior permite vislumbrar un nuevo camino para el uso de la técnica propuesta de cara a su uso en la medicina. ----------ABSTRACT---------- This work is the result of the design, development and implementation of the characterization in magnetic hyperthermia section that emerges as part of the proposal within the Center for Biomedical Technology (CTB), which is part of the Polytechnic University of Madrid (UPM) to enable the characterization platform of micro and nanoparticles. The goal is to study the physical phenomena that occur when a ferrofluid is exposed to an alternating magnetic field, focusing on possible applications such as the treatment for the removal of cancerous tissue, drug release, etc., all with the intention of proposing a new study technique that depends on the excitation configurations. The current situation in the area of magnetic hyperthermia indicates that a research line is the generation of signals with frequency and shape variation; for this purpose, the basic elements to generate hyperthermia based on magnetism were designed and implemented, this was done in the Laboratory of Bioinstrumentation and Nanotechnology of the CTB. It proposes the use of a device capable of applying a range of frequencies from 100KHz to 2MHz (non-existent in the market), a situation that allows versatility and in turn applies different configurations in the excitation signal, which is responsible for producing the alternating magnetic field. Knowing the virtues that the device offers, a detailed study has been carried out applying 5 frequencies: 200KHz, 400KHz, 600KHz, 800 KHz and 1MHz; applying different configurations of excitation signals, to look for differences in the physical phenomena when comparing them with the sinusoidal, which is commonly used in the existing equipment in the market. The study has been done in detail, studying the initial configuration of the signal, taking a strict control between the parameters that the equipment offers with respect to current, field magnitude, and others; analyzing the thermal response of ferrofluid and developing a mathematical analysis. The changes of the temperature in magnetic hyperthermia are explained by two phenomena defined by Brown and Neel; however this study has focused on observing if the trajectory of the field lines produced by a signal of excitation other than the sinusoidal produces a different magnetic response in the nanoparticles with superparamagnetic characteristics. The study was carried out using nanoparticles of magnetite (Fe3O4) suspended in water at a density of 100 mg / ml. The magnetic field strength employed ranges from 0.1 ± 0.015 KA / m to 0.6 ± 0.015 KA / m. The results gave a guideline to understand that the power loss depends on the frequency applied, as well as the normalization of power loss with respect to the amplitude of the magnetic field is much higher for low currents than high currents. This allows us to glimpse a new path for the use of the technique proposed for its use in medicine.

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ID de Registro: 47968
Identificador DC: http://oa.upm.es/47968/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47968
Identificador DOI: 10.20868/UPM.thesis.47968
Depositado por: Archivo Digital UPM 2
Depositado el: 04 Oct 2017 07:01
Ultima Modificación: 04 Oct 2017 07:01
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