Un esperimento al computer condotto dagli scienziati dell'Università Federale degli Urali insieme ai colleghi di Edimburgo ha mostrato che non è corretto descrivere il comportamento delle nanoparticelle magnetiche che forniscono riscaldamento cellulare per la somma delle reazioni con ciascuna di esse:le particelle interagiscono costantemente, e il loro "comportamento collettivo" produce un effetto unico. Gli scienziati hanno pubblicato i risultati della ricerca nel Revisione fisica E rivista.

"La tecnica di simulazione al computer è più economica della ricerca di laboratorio, e conosciamo tutti i parametri di ogni particella e tutti i fattori che la influenzano, "Aleksej Ivanov, Professore UrFU, dice.

Nell'ambito dello studio, le particelle magnetiche (particelle di materiali magnetici che sono cento volte più piccole dei capelli umani più sottili) erano considerate un elemento essenziale nel processo di trattamento del cancro, quando un tumore è esposto localmente al calore mentre contemporaneamente un paziente è sottoposto a chemioterapia.

"Esponendo le particelle a un campo magnetico esterno, si possono "trasportare" i farmaci proprio in una parte specifica del corpo, " spiega Ivanov. "Se metti tali particelle in una sostanza speciale assorbita selettivamente dalle cellule tumorali, una radiografia darà un'immagine contrastante del tessuto colpito dal tumore".

Un campo magnetico alternato formato da una sorgente di corrente elettrica alternata assorbe energia e fa ruotare le particelle più velocemente e quindi fornisce riscaldamento. L'intensità della risposta delle particelle dipende da vari fattori:la potenza del radiatore del campo magnetico, la frequenza della sua rotazione, la dimensione delle nanoparticelle, come si attaccano l'uno all'altro, eccetera.

Professore UrFU e il suo collega Philip Camp, professore all'Università di Edimburgo, prevedere la reazione di un'intera "squadra" di nanoparticelle magnetiche a una fonte esterna di campo magnetico di una particolare potenza e frequenza, utilizzando la modellazione al computer. Lo scienziato russo era responsabile della base teorica dell'esperimento, e il suo collega scozzese per la sua esecuzione pratica su un supercomputer. Questa ricerca è stata supportata dalla sovvenzione della Russian Science Foundation.

Secondo la teoria classica di Debye del 1923, il "comportamento collettivo" delle particelle è descritto dalla somma delle reazioni di ciascuna delle particelle messe insieme in un "insieme". Esperimenti al computer hanno portato Ivanov e Camp a supporre che si tratti di un'idea sbagliata:le particelle interagiscono costantemente, si influenzano a vicenda e il loro "comportamento collettivo" produce un effetto unico e non si riduce alla somma delle reazioni "individuali".

"A una certa frequenza di un campo magnetico alternato, si verifica la risonanza:la risposta massima delle nanoparticelle, il massimo assorbimento di energia da parte loro e, di conseguenza, il massimo riscaldamento, " Ivanov aggiunge. "Come risultato di un esperimento al computer, abbiamo identificato due di questi massimi, per particelle grandi e piccole, per i media con una predominanza dei primi e dei secondi. Se applicassimo le formule di Debye nel calcolo del periodo e dell'intensità del riscaldamento locale del tumore, daremmo la previsione opposta e non otterremmo il miglior effetto necessario. Il nostro modello mostra che, rispetto alla classica formula di Debye, il massimo di riscaldamento dovrebbe essere un ordine di grandezza più piccolo, e l'effetto ottenuto dovrebbe essere il doppio."

Ora Alexey Ivanov e i suoi colleghi dell'Università tecnica tedesca di Braunschweig stanno pianificando di eseguire una serie di esperimenti di laboratorio per confermare la teoria.