等离子体光热癌症疗法：用于可视化光热温度分布的纳米颗粒包埋肿瘤组织模拟模型

研究范围主要包括开发肿瘤组织和制作用于等离子体光热癌症治疗的模型，以验证数值模拟，以及指定体内实验的治疗参数以评估治疗结果。该协议弥合了等离子体光热疗法的数值建模和实验验证之间的差距，以及临床转化前体内评估的治疗参数估计。该方案使用带有热电偶监测的琼脂糖模型对实体瘤的等离子体光热相互作用进行了经济高效的评估，从而最大限度地减少了动物进行体内测试的需求。

基于模型的评估允许验证模拟以提高治疗准确性，并调整纳米颗粒浓度和迭代设置等参数，以支持安全有效的等离子体光热癌症治疗。未来，我们希望开发更逼真的肿瘤组织制造幻影，涉及黑色素、血红蛋白以及血流。此外，我们想探索大肿瘤的多位点注射。

首先，使用 CAD 软件设计一个 3D 模型。单击新建，然后单击创建以设计空心圆柱形模具。按 Document Settings 并选择 Units 将单位更改为毫米。

设计一个内径为 40 毫米、高度为 12 毫米的圆柱形模具，以及两个实心圆柱形遮蔽模具。使用生成的 G 代码，使用带有聚乳酸丝的 3D 打印机打印模具。对于溶液一的制备，在烧杯中将 0.35 克琼脂糖加入 33.18 毫升去离子水中。

用铝箔盖住烧杯以防止水分流失。将烧杯放在热板上以 120 摄氏度加热，同时搅拌直至溶液变得透明。然后将热板温度降低到 60 摄氏度，让溶液冷却 15 分钟。

搅拌的同时，加入 1.82 毫升脂肪乳溶液并继续混合。对于溶液二，在烧杯中将 45 毫克琼脂糖加入 1.18 毫升去离子水中，并用铝箔覆盖。如前所述加热和冷却溶液后，在搅拌的同时加入 106.2 微升脂肪乳溶液和 3.21 毫升金纳米棒悬浮液。

将溶液 2 在 60 摄氏度下持续搅拌直至使用。要制备溶液 3，请在烧杯中将 25 毫克琼脂糖加入 2.44 毫升去离子水中，并用铝箔覆盖。加热和冷却溶液。

然后加入 59 微升脂肪乳溶液，同时在 60 度下搅拌。为了制备模拟肿瘤组织的模型，首先用封口膜密封圆柱形模具的底部。将遮蔽模具放在中心。

为了准备 IT 模型，将溶液 1 倒入圆柱形模具中，直到遮蔽模具的顶部标记。凝固后，去除遮蔽模具，为肿瘤区域创建一个空腔。接下来，用溶液 2 填充空腔并使其凝固。

然后将解决方案 1 添加到模型的顶部，并使其完全凝固。为了准备 IV 模型，插入一个较小的掩蔽模具，并用溶液 2 填充其周围的型腔。凝固后，取出较小的模具，用溶液 3 填充剩余的型腔。

将溶液 1 添加到顶部并使其完全凝固。接下来，将热电偶插入一些已切割成一定长度的玻璃毛细管中。在指定的径向和轴向位置穿刺模型。

一旦所有热电偶就位，小心地将模型放入玻璃培养皿中，以进行随后的 NIR 红外照射。放置玻璃培养皿，使模型顶面的中心区域垂直并轴向对齐 NIR 红外光源的光纤尖端。然后将数据采集系统连接到计算机并启动实验室视图软件。

打开 NIR 红外光源，按下软件中的播放按钮开始记录温度数据。在暗室中照射模型 20 分钟。然后关闭 NIR 光源并停止录制。

现在绘制记录的平均温度与时间数据，然后绘制所有热电偶位置的平均实验温度与仿真温度的关系图。由于 IV 分布中的散射增加，金纳米棒包埋的肿瘤组织模型 IT 分布的温度升高高于 IV 分布。在零三热电偶位置，IT 分布的最大温升约为 11 摄氏度，IV 分布的最大温升约为 6 摄氏度。

瘤内和静脉内分布的最大均方根误差分别为 2.10 摄氏度和 1.94 摄氏度。