Een computerexperiment uitgevoerd door de wetenschappers van de Ural Federal University samen met collega's uit Edinburgh toonde aan dat het onjuist is om het gedrag van magnetische nanodeeltjes die voor celverwarming zorgen te beschrijven door de som van reacties met elk van hen:deeltjes interageren constant, en hun "collectieve gedrag" produceert een uniek effect. De wetenschappers hebben de onderzoeksoutput gepubliceerd in de Fysieke beoordeling E logboek.

"De computersimulatietechniek is goedkoper dan laboratoriumonderzoek, en we kennen alle parameters van elk deeltje en alle beïnvloedende factoren, "Aleksej Ivanov, UrFU-professor, zegt.

In het kader van de studie, de magnetische deeltjes (deeltjes van magnetische materialen die honderd keer kleiner zijn dan het dunste mensenhaar) werden beschouwd als een essentieel element in het kankerbehandelingsproces, wanneer een tumor plaatselijk wordt blootgesteld aan hitte terwijl een patiënt tegelijkertijd chemotherapie ondergaat.

"Door de deeltjes bloot te stellen aan een extern magnetisch veld, men kan medicijnen precies naar een specifiek deel van het lichaam "transporteren", Ivanov legt uit. "Als je zulke deeltjes in een speciale stof stopt die selectief door kankercellen wordt opgenomen, een röntgenfoto geeft een contrasterend beeld van het weefsel dat door de tumor is aangetast."

Een wisselend magnetisch veld gevormd door een bron van elektrische wisselstroom absorbeert energie en zorgt ervoor dat deeltjes sneller roteren en daardoor voor verwarming zorgen. De intensiteit van de reactie van de deeltjes hangt af van verschillende factoren:het vermogen van de magnetische veldstraler, de frequentie van zijn rotatie, de grootte van de nanodeeltjes, hoe ze aan elkaar kleven, enzovoort.

UrFU-professor en zijn collega Philip Camp, een professor aan de Universiteit van Edinburgh, de reactie voorspellen van een heel "team" van magnetische nanodeeltjes op een externe bron van magnetisch veld met een bepaalde kracht en frequentie, met behulp van computermodellering. De Russische wetenschapper was verantwoordelijk voor de theoretische onderbouwing van het experiment, en zijn collega uit Schotland voor de praktische uitvoering ervan op een supercomputer. Dit onderzoek werd ondersteund door de subsidie ​​van de Russian Science Foundation.

Volgens de klassieke Debye-theorie uit 1923, het "collectieve gedrag" van deeltjes wordt beschreven door de som van de reacties van elk van de deeltjes samen in een "ensemble". Computerexperimenten brachten Ivanov en Camp tot de veronderstelling dat dit een misvatting is:deeltjes interageren voortdurend, beïnvloeden elkaar en hun "collectieve gedrag" produceert een uniek effect en komt niet neer op de som van "individuele" reacties.

"Bij een bepaalde frequentie van een wisselend magnetisch veld, resonantie optreedt:de maximale respons van nanodeeltjes, de maximale absorptie van energie door hen en, bijgevolg, de maximale verwarming, Ivanov voegt toe. "Als resultaat van een computerexperiment, we identificeerden twee van dergelijke maxima, voor grote en kleine deeltjes, voor media met een overwicht van de eerste en de laatste. Als we de Debye-formules zouden toepassen bij het berekenen van de periode en intensiteit van lokale verwarming van de tumor, we zouden de tegenovergestelde voorspelling geven en zouden niet het beste noodzakelijke effect krijgen. Ons model laat zien dat in vergelijking met de klassieke formule van Debye, de verwarmingsmaxima zouden een orde van grootte kleiner moeten zijn, en het verkregen effect zou twee keer zo groot moeten zijn."

Nu zijn Alexey Ivanov en zijn collega's van de Duitse Technische Universiteit van Braunschweig van plan een reeks laboratoriumexperimenten te doen om de theorie te bevestigen.