Published March 18, 2024 | Version v1
Publication Open

Finite element analysis of thermal sensitivity of copper nanorods, nanoellipsoids, nanospheres and core-shells for hyperthermia application

Creators

  • 1. University of Faisalabad
  • 2. Riphah International University
  • 3. University of Agriculture Faisalabad
  • 4. Najran University
  • 5. Sudan University of Science and Technology

Description

Abstract Hyperthermia is a cancer treatment strategy that involves raising the temperature of the afflicted tissues without disrupting the surrounding tissues. This study is focused on finite element analysis of copper, nanoellipsoids, nanorods nanospheres and core-shells for potential hyperthermia application. The temperature of copper nanostructures was elevated using an external source to the desired temperature to destroy the cancerous cell. The COMSOL Multiphysics package was used to calculate how long it would take to achieve the desired temperature using different nanostructures of copper. Thermal sensitivity of the tested nanostructures was checked by putting them in a spherical domain of tissue. It was observed that copper nano-rod attained the highest temperature of 43.3°C compared to other geometries. It was also found that these geometries attained thermal equilibrium just after 0.5 µs. However, the copper nano-ellipsoid had a higher core volume, which is utilized to determine the thermal sensitivity of the nanostructures. Noble metal (Au) coating was first found to be better than PEG polymer coating for investigating core-shell structures. The Au coating on the surface of the copper core resulted in a gradual decrease in temperature with an increasing volume coverage ratio. These results conclude that copper nanostructures can be suitable candidates for hyperthermia.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ارتفاع الحرارة التجريدي هو استراتيجية علاج السرطان التي تنطوي على رفع درجة حرارة الأنسجة المصابة دون تعطيل الأنسجة المحيطة بها. تركز هذه الدراسة على تحليل العناصر المحدودة للنحاس والأجسام الدهنية النانوية والأجسام النانوية النانوية والصدف الأساسية لتطبيق فرط الحرارة المحتمل. تم رفع درجة حرارة البنى النانوية النحاسية باستخدام مصدر خارجي إلى درجة الحرارة المطلوبة لتدمير الخلية السرطانية. تم استخدام حزمة COMSOL Multiphysics لحساب المدة التي سيستغرقها تحقيق درجة الحرارة المطلوبة باستخدام هياكل نانوية مختلفة من النحاس. تم فحص الحساسية الحرارية للبنى النانوية التي تم اختبارها عن طريق وضعها في مجال كروي من الأنسجة. ولوحظ أن قضيب النانو النحاسي حقق أعلى درجة حرارة تبلغ 43.3 درجة مئوية مقارنة بالأشكال الهندسية الأخرى. كما وجد أن هذه الأشكال الهندسية حققت توازنًا حراريًا بعد 0.5 ميكرو ثانية مباشرة. ومع ذلك، كان للنحاس النانوي الإهليلجي حجم أساسي أعلى، والذي يستخدم لتحديد الحساسية الحرارية للبنى النانوية. تم العثور لأول مرة على طلاء المعدن النبيل (Au) ليكون أفضل من طلاء البوليمر PEG للتحقيق في هياكل قشرة القلب. أدى طلاء Au على سطح النواة النحاسية إلى انخفاض تدريجي في درجة الحرارة مع زيادة نسبة تغطية الحجم. وتخلص هذه النتائج إلى أن البنى النانوية النحاسية يمكن أن تكون مرشحة مناسبة لارتفاع الحرارة.

Translated Description (French)

Résumé L'hyperthermie est une stratégie de traitement du cancer qui consiste à élever la température des tissus atteints sans perturber les tissus environnants. Cette étude se concentre sur l'analyse par éléments finis du cuivre, des nanoellipsoïdes, des nanosphères de nanotiges et des noyaux-coques pour une application potentielle de l'hyperthermie. La température des nanostructures de cuivre a été élevée à l'aide d'une source externe à la température souhaitée pour détruire la cellule cancéreuse. Le package COMSOL Multiphysics a été utilisé pour calculer combien de temps il faudrait pour atteindre la température souhaitée en utilisant différentes nanostructures de cuivre. La sensibilité thermique des nanostructures testées a été vérifiée en les plaçant dans un domaine tissulaire sphérique. Il a été observé que la nano tige de cuivre atteignait la température la plus élevée de 43,3 ° C par rapport à d'autres géométries. Il a également été constaté que ces géométries atteignaient l'équilibre thermique juste après 0,5 µs. Cependant, le nano-ellipsoïde de cuivre avait un volume de noyau plus élevé, qui est utilisé pour déterminer la sensibilité thermique des nanostructures. Le revêtement de métal noble (Au) s'est d'abord avéré meilleur que le revêtement de polymère PEG pour étudier les structures noyau-coquille. Le revêtement d'Au sur la surface du noyau de cuivre a entraîné une diminution progressive de la température avec un rapport de couverture volumique croissant. Ces résultats concluent que les nanostructures de cuivre peuvent être des candidats appropriés pour l'hyperthermie.

Translated Description (Spanish)

Resumen La hipertermia es una estrategia de tratamiento del cáncer que implica elevar la temperatura de los tejidos afectados sin alterar los tejidos circundantes. Este estudio se centra en el análisis de elementos finitos de cobre, nanoelipsoides, nanoesferas de nanobarras y núcleos-cubiertas para una posible aplicación de hipertermia. La temperatura de las nanoestructuras de cobre se elevó utilizando una fuente externa a la temperatura deseada para destruir la célula cancerosa. El paquete COMSOL Multiphysics se utilizó para calcular cuánto tiempo tomaría alcanzar la temperatura deseada utilizando diferentes nanoestructuras de cobre. La sensibilidad térmica de las nanoestructuras probadas se comprobó colocándolas en un dominio esférico de tejido. Se observó que la nanovarilla de cobre alcanzó la temperatura más alta de 43,3 °C en comparación con otras geometrías. También se encontró que estas geometrías alcanzaron el equilibrio térmico justo después de 0,5 µs. Sin embargo, el nanoelipsoide de cobre tenía un volumen de núcleo más alto, que se utiliza para determinar la sensibilidad térmica de las nanoestructuras. Primero se descubrió que el recubrimiento de metal noble (Au) era mejor que el recubrimiento de polímero PEG para investigar las estructuras de núcleo-cubierta. El recubrimiento de Au en la superficie del núcleo de cobre dio como resultado una disminución gradual de la temperatura con una relación de cobertura de volumen creciente. Estos resultados concluyen que las nanoestructuras de cobre pueden ser candidatos adecuados para la hipertermia.

Files

pdf.pdf

Files (11.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:a12780bfedc7888ef7f493197ea80a73
11.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحليل العناصر المحدودة للحساسية الحرارية للقضبان النانوية النحاسية والأجسام الدهنية النانوية والأجسام النانوية والصدف الأساسية لتطبيق فرط الحرارة
Translated title (French)
Analyse par éléments finis de la sensibilité thermique des nanotiges de cuivre, des nanoellipsoïdes, des nanosphères et des noyaux-coques pour l'application de l'hyperthermie
Translated title (Spanish)
Análisis por elementos finitos de la sensibilidad térmica de nanobarras de cobre, nanoelipsoides, nanoesferas y núcleos-cubiertas para aplicaciones de hipertermia

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4392928916
DOI
10.1088/2053-1591/ad3528

Is supplement to
https://openalex.org/W3186403991 (Other)
https://openalex.org/W3116316943 (Other)
https://openalex.org/W2315066450 (Other)
https://openalex.org/W2116374097 (Other)
https://openalex.org/W2091748147 (Other)
https://openalex.org/W2011758258 (Other)
https://openalex.org/W2003891008 (Other)
https://openalex.org/W1988792114 (Other)
https://openalex.org/W1981582766 (Other)
https://openalex.org/W126867172 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan