通过模拟方法预测金纳米粒子和微波诱导热疗对肿瘤控制的影响

1：实验设计与方法选择：

本研究采用计算机模拟技术建模热疗效应，包含两个主要部分：(i) 运用米氏理论和椭球体适用的甘恩理论研究纳米粒子尺寸、形状及结构对吸收效率的影响；(ii) 通过三态细胞死亡数学模型和指数肿瘤生长模型模拟肿瘤对热疗的反应。模拟过程使用Comsol 5.2软件完成。

2：2软件完成。 样本选择与数据来源：

2. 样本选择与数据来源：建模了两种半径3毫米的球形肿瘤（前列腺癌和黑色素瘤）。模型校准实验数据来自已发表文献：Blanco-Andujar等人和Feng等人的黑色素瘤数据，Huang等人的前列腺癌数据，Proia等人的黑色素瘤生长数据，以及Gao等人的前列腺癌生长数据。

3：实验设备与材料清单：

模拟了不同尺寸（10-1000纳米）、形状（球形/椭球形）和结构（块状金/二氧化硅核金包覆/金核二氧化钛包覆）的金纳米粒子（Au-NPs）。使用功率密度20 W/cm²的激光及工作频率433 MHz/2.4 GHz的微波天线。血液、真皮、表皮、脂肪、肿瘤和肌肉等组织的参数（如密度、比热容、导热系数）均引自文献。

4：4 GHz的微波天线。血液、真皮、表皮、脂肪、肿瘤和肌肉等组织的参数（如密度、比热容、导热系数）均引自文献。 实验流程与操作步骤：

4. 实验流程与操作步骤：对于纳米粒子诱导热疗：(a) 通过电磁散射方程确定纳米粒子最大吸热的最优波长；(b) 模拟纳米粒子在肿瘤组织中的扩散并利用传热方程计算热分布。对于微波诱导热疗：通过天线几何结构模拟热分布，随后应用三态细胞死亡模型和肿瘤生长模型预测肿瘤随时间缩小情况，参数通过MATLAB的fmincon函数优化。

5：数据分析方法：

采用理论公式计算吸收截面和效率，分析热分布的温度场特征，运用微分方程建模细胞死亡和肿瘤生长过程并拟合实验数据。结果通过温度分布图、纳米粒子扩散图和肿瘤尺寸演变图进行可视化呈现。