阵列天线结合MOF材料的肿瘤微波热疗技术研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouweijmu
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目前,恶性肿瘤是造成人类死亡的重要原因之一。目前针对肿瘤的治疗方法主要包括:手术治疗、放射治疗、化疗、生物疗法、中医药治疗以及热治疗。传统治疗手段主要以手术治疗、放射治疗以及化疗为主。热治疗作为一种新型疗法主要是利用红外线、超声波、高频电磁波等产生热源来进行肿瘤热治疗。它不仅可以杀死肿瘤细胞,还可以作为辅助手段来提高化、放疗的疗效。微波热疗(Microwave hyperthermia,MH)是利用波长为300 MHz-300 GHz的微波产生的热效应来加热升温肿瘤区域,从而对肿瘤进行治疗的方法。微波热疗天线分为非侵入式天线和侵入式天线。非侵入式天线是利用单个天线或者阵列天线将能量聚集到肿瘤部位,加热肿瘤组织以达到治疗的目的。非侵入式天线热穿透深度浅,只能用于表浅肿瘤的治疗。人体深处的肿瘤(如肝脏,肺等)采取将天线直接插入到肿瘤区域进行加热治疗,即侵入式天线。由于肿瘤的形状各异,单纯的使用热疗天线无法精准的对肿瘤部位加热,而容易损伤周围正常组织。因此,在设计微波热疗天线的同时,开发微波热增敏材料用于辅助微波热疗天线治疗肿瘤显得至关重要。金属-有机骨架(Metal-organic framework,MOF)材料具有尺寸可调、多孔结构以及良好的微波升温效果,在肿瘤治疗中被广泛应用。又因其毒性低、生物降解性好等优点而成为肿瘤治疗药物载体的首选材料之一。MOF材料通过增强渗透和保留效应(Enhanced permeability and retention effect,EPR)容易渗透到肿瘤间质并在肿瘤部位积聚。因此,它可以作为微波热疗增敏剂用于辅助微波热疗天线治疗肿瘤。本文设计了一种工作频率为2450 MHz的阵列天线。通过HFSS优化仿真,阵列天线在2450 MHz频点处的S11值为-15.68 dB。电场分布和SAR分布说明阵列天线可以实现大范围的加热效果。在此基础上,设计了一种升温效果好,毒性低的ZrMOF-Cys纳米粒子。而且,由于ZrMOF-Cys纳米粒子的EPR作用,它可以在肿瘤部位富集。将阵列天线与ZrMOF-Cys纳米粒子结合治疗,体模实验与动物实验均展示了联合治疗可以将热疗能量集中在肿瘤部位,对周围正常组织损伤较小,具有良好的肿瘤治疗效果。论文的主要研究内容包括:1.热疗天线及MOF材料的国内外研究现状的概述。针对现有的用于热疗的不同类型的天线做一个简单的介绍。以及MOF材料用于肿瘤治疗的介绍。2.设计可以实现大面积加热的阵列天线。因为肿瘤的大小、形状各不相同,因此设计的阵列天线要实现大面积的加热。然后与MOF材料相结合,最终实现适形热疗的目的。3.设计具有良好升温效果的MOF材料。制备了ZrMOF-Cys纳米粒子,其在微波加热下具有显著的升温效果。且其粒径较小,毒性较低。可以安全的用于体内治疗。4.微波热疗实验。通过体模实验与动物实验,进一步验证了阵列天线结合ZrMOF-Cys纳米粒子具有良好的治疗效果,可以达到适形热疗的目的。
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