纳米材料的电磁热效应在癌症治疗中关键技术的研究

The National Cancer Registry Center has issued the annual report on cancer registry of China for a few successive years, where it has been reported that as high as 2,700 thousand people died of cancer per year, showing a tedency of increase in the incidence of morbidity. Utilizing electromagnetic waves/fields in combination with nano-material for cancer hyperthermia treatment has been a focus of research in recent few years. The main processes of this modality are: (1) injecting nano-material to cancerous area, where external electromagnetic waves/fields are applied simutaneously; (2)nano-material absorbs electromagnetic energy to cause regional temperature rise in cancerous ares; (3)high temperature can therefore cause cancer cell death. In this sense, one of the key issue in this modality is the ability of electromagnetic absorption by nano-material. According to our prior research, the absorption of electromagnetic energy is dependent on a range of factors, such as frequency, field intensity, and the dielectric property of material. Up to date, clinical applications of this method has not yet been reported,largely due the complexity of this modality. In this regard, we propose to investigate this topic systematically.By measuring the temperature rise, the optimal frequency,field intensity, and most suitable material can be obtained.This topic is beneficial to reveal of the electromagnetic heating of nano-materials, and the outcome can lay a stone for nano-material mediated electromagnetic hyperthermia cancer treatment.

最近几年，全国肿瘤登记中心连续发布《中国肿瘤登记年报》。我国的癌症患者呈上逐年上升的趋势，每年因癌症死亡病例达270万例。利用电磁能加热纳米材料来治疗癌症是近年来新兴的研究课题。其主要原理是将纳米材料注入到癌变区域，并施加外部电磁场；纳米材料吸收电磁能后使得癌变区域的局部温度升高，从而达到杀死癌细胞的效果。因此，纳米材料的电磁吸收特性是这种方法的关键问题之一。从我们的前期研究发现，纳米材料的电磁吸收能力与施加的电场、磁场的频率和强度，纳米材料自身的特性度等一系列的因素有关。目前，由于问题的复杂性，尚未有达到临床要求的试验出现。据此，我们提出对纳米材料的电磁特性进行多频段、多种强度情形下的研究。通过测量纳米材料在电磁加热下的温度升高特性来探索适合用于癌症热疗法的材料、频段及强度以及最佳的加热方式。该课题对揭示纳米材料的电磁加热特性有重要意义，为利用电磁加热纳米材料治疗癌症奠定基础。

癌症正成为威胁人类生命的主要原因之一。我国每年新增癌症患例估计约为 312 万例。目前，癌症的治疗方法有手术切除法、化疗法、放射性疗法等。手术切除法在切除了肿瘤的同时，也损害了机体的相关机能。化疗法的缺点在于它同时能够杀死在正常情况下细胞分裂过程很快的正常细胞。放射治疗对早期的癌或对放射线感受性强烈的癌才有效。利用电磁高热疗法（Hyperthermia）结合纳米技术成为癌症治疗的一种新方法。这种方法提高了靶向性，减小了患者的创伤。但这种方法目前还没有成熟。.针对这一关键技术，课题组在以下方面展开了研究：（1）对材料在不同电磁频段的热效应进行研究；（2）对特定电磁频段，不同电磁特性的纳米材料的电磁热效应进行研究；（3）电磁能的传输技术和系统的研究。.课题组研究了13.56MHz，2.45GHz，太赫兹与毫米波，激光等多个电磁频段的效应。针对这些频段，进行了电磁传输系统、器件的设计。目的是针对纳米靶向高热疗法进行系统级的研究。.通过这些研究工作，产生了以下重要研究成果：（1）发现了分散性纳米银线在13.56MHz、2.45GHz具备超高吸收比，这一发现对于后期的细胞级、动物级实验的展开指明了方向；（2）发现了在激光频段，纳米银颗粒具备分层加热效应以及最佳加热深度效应，这一发现对于评估最佳可处理肿瘤区域提供了理论基础；（3）研究了多种电磁传输器件以及系统。特别是在研究加热效应与介电参数之间的关系时，总结了大量的测量介电参数的方法、设计了两套介电参数测量系统、参与了介电参数测量国家标准的制定、申请了国家专利。.以上研究成果具有重要的科学意义，主要体现在：（1）通过实验手段证实了超高吸收比纳米材料的存在，从实验的角度来看分散型纳米线具备该性质；（2）在理论上提供了最佳治疗尺寸的估计方法；（3）建立了加热与介电参数的关系；（4）探索了各种电磁传输系统。