Thermographical Method to Assess the Performance of Magnetic Nanoparticles in Hyperthermia Experiments through Spatiotemporal Temperature Profiles

Autores
Valdés, Daniela Paola; Torres, T. E.; Moreno Maldonado, Ana Carolina; Urretavizcaya, Guillermina; Nadal, Marcela; Vasquez Mansilla, Marcelo; Zysler, Roberto Daniel; Goya, G. F.; de Biasi, Emilio; Lima, Enio Junior
Año de publicación
2023
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
The evaluation of the specific power absorption of magnetic nanoparticles (MNPs) for magnetic hyperthermia (MH) applications has been performed through either local temperature probing or magnetic measurements so far. Each of these methods has advantages and drawbacks, and the concurrent use of both techniques offers the most reliable results. In this work, we propose an alternative strategy based on thermographic images to obtain two-dimensional temperature maps that allow the determination of the power absorption and other relevant thermodynamic parameters in MH experiments in a noninvasive way. This procedure and analysis are convenient to determine the heating performance of MNPs under the viscous conditions of in vitro and in vivo assays and to follow the time evolution of the temperature spatial distribution in the sample simultaneously. For this purpose, iron-oxide MNPs with 25-nm average diameter are coated with glucose and dispersed into different 8% polyacrylamide gels, which serve as phantoms that emulate intracellular viscosity. Power absorption experiments are performed under ac magnetic fields (H= 32 kA/m; f= 350 kHz) and the temperature evolution of the sample is monitored through a commercial thermographic camera (resolution, 240×180 pixels; temperature accuracy, 2 K). To complement this simple setup, we design a program consisting of a detailed procedure for extracting graphical information from the video frames and obtaining spatiotemporal temperature profiles. The analysis of these profiles allows us to gather information on temperature, energy, power, and heat flux during the MH experiments. This method and analysis allows us to identify spatial inhomogeneities in samples, such as different local MNP density, which is extremely useful for the development of the therapy in vitro and the application in vivo where MNP aggregation is often present.
Fil: Valdés, Daniela Paola. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Torres, T. E.. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Moreno Maldonado, Ana Carolina. Universidad de Zaragoza; España
Fil: Urretavizcaya, Guillermina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Nadal, Marcela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina
Fil: Vasquez Mansilla, Marcelo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina
Fil: Zysler, Roberto Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina
Fil: Goya, G. F.. Universidad de Zaragoza; España
Fil: de Biasi, Emilio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina
Fil: Lima, Enio Junior. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina
Materia
Thermographical Method
Hypertermia
magnetic nanoparticles
heat transference
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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In this work, we propose an alternative strategy based on thermographic images to obtain two-dimensional temperature maps that allow the determination of the power absorption and other relevant thermodynamic parameters in MH experiments in a noninvasive way. This procedure and analysis are convenient to determine the heating performance of MNPs under the viscous conditions of in vitro and in vivo assays and to follow the time evolution of the temperature spatial distribution in the sample simultaneously. For this purpose, iron-oxide MNPs with 25-nm average diameter are coated with glucose and dispersed into different 8% polyacrylamide gels, which serve as phantoms that emulate intracellular viscosity. Power absorption experiments are performed under ac magnetic fields (H= 32 kA/m; f= 350 kHz) and the temperature evolution of the sample is monitored through a commercial thermographic camera (resolution, 240×180 pixels; temperature accuracy, 2 K). To complement this simple setup, we design a program consisting of a detailed procedure for extracting graphical information from the video frames and obtaining spatiotemporal temperature profiles. The analysis of these profiles allows us to gather information on temperature, energy, power, and heat flux during the MH experiments. This method and analysis allows us to identify spatial inhomogeneities in samples, such as different local MNP density, which is extremely useful for the development of the therapy in vitro and the application in vivo where MNP aggregation is often present.Fil: Valdés, Daniela Paola. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Torres, T. E.. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Moreno Maldonado, Ana Carolina. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Urretavizcaya, Guillermina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Nadal, Marcela. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Vasquez Mansilla, Marcelo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; ArgentinaFil: Zysler, Roberto Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Goya, G. F.. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: de Biasi, Emilio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. 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Fil: Moreno Maldonado, Ana Carolina. Universidad de Zaragoza; España
Fil: Urretavizcaya, Guillermina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
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Fil: de Biasi, Emilio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro | Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Balseiro. Archivo Histórico del Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología; Argentina
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