, ,

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени

E-mail: kate. *****@***ru

Плазмонная фототермическая терапия (PPTT) представляет собой неинвазивным метод термического разрушения локальной области биологической ткани без повреждения смежных областей, за счет нагрева лазерным ИК излучением сильнопоглощающих наночастиц (термофотосенсибилизаторов), локализированных в данной области [1]. В литературе широко описаны успехи применения PPTT для задач онкологии и микрохирургии, однако до сих пор PPTT остается неуправляемым, не смотря на развитие методов непосредственной визуализации области термического воздействия, таких как термоакустика [2] и низкокогерентная томография [3]. Другим решением задачи управления PPTT является измерение локальной температуры внутри биологической ткани, по средствам полупроводниковых наночастиц (нанотермометров), люминесценция которых зависит от температуры [4]. Совместное применение термофотосенсибилизаторов и нанотермометров, таких как апконверсионные наночастицы (Ups) позволит контролировать внутреннюю температуру патологической ткани во время PPTT. Принцип измерения температуры с помощью Ups основан на температурной зависимости отношения интенсивностей люминесценции для двух длин волн (для наночастиц NaYF4:YB, ER - это 540 и 654 нм). Очевидно, что сдерживающим фактором применения таких нанотермометров является деформация спектров люминесценции из-за дисперсии коэффициентов экстинкции ткани.

Цель данной работы заключается в изучении пределов применимости Ups для задач PPTT. Была реализована экспериментальная установка, состоящая из фантома биологической ткани (оптическая эпоксидная смола, содержащая золотые наностержни и наночастицы NaYF4:YB, ER), поверх которого размещались ткани крысы (кожа, мышца). В экспериментах возбуждающее лазерное излучение (длина волны 980нм, плотность мощности 0,5 и 0,7 Вт/см2) и люминесцентный отклик всегда проходили через ткань крысы.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В результате экспериментов, получались данные о поверхностной температуре ткани, измеренной ИК тепловизором, и внутренней температуре фантома ткани, полученной по калибровочной кривой - зависимости температуры от соотношения интенсивностей люминесценции нанотермометров. По результатам экспериментов, можно сделать вывод о том, что существует ряд факторов ограничивающих применения Ups.

(а)

(б)

Рисунок 1. Зависимость относительного изменения поверхностной (ИК) и внутренней (Up) температуры образца от времени нагрева, (а) – мышечная ткань, (б) – кожа.

Во-первых, абсолютная температура по данным ИК получилась ~80oC, в то время как по данным Ups ~320oC. Это связано с неконтролируемостью плотности мощности возбуждающего излучения, попадающего на Ups, за счет сильного рассеяния и поглощения биоткани. Известно, что калибровочная кривая является линейной зависимостью отношения интенсивностей люминесценции от температуры. Положение кривой зависит от плотности мощности возбуждающего излучения, а наклон нет. Следовательно, возможно измерить только относительное изменение температуры.

Во-вторых, наблюдается резкое изменение тенденции роста относительного изменения температуры образца при достижения определенной температуры. Это связано с процессами денатурации и дегидратации ткани при данных температурах. Денатурация и дегидратация вызывают, неравномерное по длинам волн, изменение коэффициента экстинкции биоткани, что приводит к искажению отношения интенсивностей сигнала люминесценции.

Работа выполнена при финансовой поддержке Научного Российской Фонда, грант № 14-15-00186

Библиографический список

Huang X., Jain P. K., El-Sayed I. H., El-Sayed M. A. Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles // Lasers Med Sci, 2008, V.23, P.217–228 Kudryashov S. I., Allen S. D., Galanzha E. I., Galitovskaya E., Zharov V. P. Photoacoustics of individual live cells and particles // Proc of SPIE, 2006, V.6086, #60860J Akchurin G. G., Maksimova I. L., Skaptsov A. A., Rybukho V. P., Lychagov V. V., Khlebtsov B. N., Khlebtsov N. G., Akchurin G. G., Jr., Kolbenev I. O., Maksimov V. Y., Naumova O. G., Terentyuk G. S., Tuchin V. V. Dynamic of gold nanoparticles labeling studied on the basis of OCT and backscattering spectra of tissues and phantoms // Proc. SPIE, 2008, V.6855, P.68550-68560 Skaptsov A. A., Goftman V. V., Galushka V. V., Markin A. V., Kochubeya V. I., Goryacheva I. Yu. Thermosensitivity of nanothermometer: CdSe/ZnS vs. CuInS2/ZnS // Proc. of SPIE, 2016, V.9917, # 991712

Сведения об авторах

  – студентка бакалавриата, лаборант, г

- студент бакалавриата, лаборант, дата рождения:28.02.1995

- студентка бакалавриата, лаборант, 25.10.1995:

- д. ф.-м. н., профессор, 25.09.1954:

- научный сотрудник, 02.02.1984

- к. ф.-м. н., доцент, г


Вид доклада: стендовый