Configurable High-Frequency Alternating Magnetic Field Generator for Nanomedical Magnetic Hyperthermia Applications

Resumen

Este artículo muestra el uso de un inversor Full-Bridge de alta frecuencia para diseñar un generador de campo magnético alterno para estudios experimentales sobre el tratamiento anticancerígeno con nanopartículas magnéticas. En la hipertermia magnética, las nanopartículas se utilizan para elevar la temperatura de las células cancerosas patológicas lo suficientemente alto como para inducir su muerte por apoptosis, pero no tanto como para destruirlas mediante la ablación térmica de todo el volumen de tejido, dejando vivas las células sanas. Convencionalmente, se utilizan campos magnéticos alternos sinusoidales para calentar las nanopartículas, que se pueden producir más fácilmente que otras formas de onda. Sin embargo, no hay razones teóricas ni experimentales para elegir la forma de onda sinusoidal. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar un sistema de potencia mejorado para estudiar el efecto de diferentes formas de onda del campo magnético en la producción de calor al excitar nanopartículas magnéticas, con el objetivo de demostrar que otras formas de onda pueden ser mucho más eficientes en la producción de calor que las sinusoides convencionales. Para probar nuestra hipótesis, diseñamos un inversor capaz de generar cuatro formas de onda a altas frecuencias y una quinta señal sinusoidal derivada de un condensador resonante, en el rango de 100 kHz a 1 MHz y hasta 10 mT de intensidad pico. Además, utilizamos dispositivos de SiC para procesar altas corrientes a altas frecuencias de conmutación de manera eficiente. Además, para mejorar la eficiencia del sistema, se utiliza la conmutación de voltaje cero para reducir las pérdidas de conmutación y minimizar el ruido electromagnético y las interferencias. Los resultados experimentales obtenidos con formas de onda no sinusoidales han mostrado una notable mejora del rendimiento en comparación con la excitación clásica de onda sinusoidal. La disipación de calor de las nanopartículas depende de la pendiente de la señal, la frecuencia de la señal y la intensidad del campo máximo del campo magnético alterno aplicado. Se concluye que se necesita seguir trabajando para encontrar las condiciones óptimas de trabajo en función de la partícula utilizada y el entorno biológico para probar si este tipo de generador de campo magnético podría superar el rendimiento del sistema convencional