Трилемма магнитной гипертермии «поле - частота - размер» на примере наночастиц ZnMn феррита

Эффективность преобразования электромагнитной (ЭМ) энергии в тепловую является ключевым фактором использования магнитных наночастиц (МНЧ) в магнитной гипертермии и ряде других новейших медицинских технологиях, таких как лечение болезни Паркинсона и нейроинтерфейсы на основе МНЧ. В настоящее время для увеличения тепловыделения увеличивают концентрацию МНЧ в опухоли и/или амплитуду и частоту ЭМ-поля, что приводит к увеличению веса, размера и потребляемой мощности источников поля, а также к усилению неблагоприятного воздействия на здоровые ткани. В данном обзоре впервые формулируется трилемма магнитной гипертермии и определяются пути нахождения оптимального баланса между частотой, амплитудой ЭМ-поля и размером МНЧ. Целью работы является попытка решения этой трилеммы на примере МНЧ-ферритов MnZn. А именно нахождение оптимального сочетания свойств МНЧ и параметров внешнего поля и разработка новой стратегии повышения эффективности тепловыделения на относительно низких частотах с использованием МНЧ на основе феррита MnZn, которая позволит сфокусировать исследования в области магнитной гипертермии на новой области магнитных полей и размеров МНЧ. В работе продемонстрирована нетривиальная зависимость (ближе к пятой степени, а не к хорошо известной квадратичной) теплового выделения от величины ЭМ-поля в МНЧ $Zn_{0,2}Mn_{0,8}Fe_{2}O_{4}$. Наше исследование ставит под вопрос традиционный подход, основанный на минимизации величины магнитного поля и увеличении частоты (в отдельных случаях до 300-500 кГц или даже выше) и предлагает улучшенную стратегию: увеличение амплитуды при максимальном уменьшении частоты. Это позволит более эффективно использовать наличие у МНЧ сверхквадратичной зависимости величины удельного поглощения ЭМ-энергии от амплитуды поля. Результаты исследований могут оказать серьезное влияние на стратегии разработок других передовых биомедицинских технологий с использованием МНЧ.