Termometría de fluorescencia para hipertermia con nanopartículas: Relación entre la intensidad de fluorescencia y la temperatura de un fluoróforo

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

Therapeutic hyperthermia is a promising technique for cancer treatment that uses controlled temperature rise to kill tumor cells, but its application presents challenges in terms of accuracy and temperature control. Fluorescence-based thermometry has gained attention for its ability to make precise and localized measurements, especially in combination with plasmonic nanoparticles. The objectives of this work were to understand the physics related to temperature-dependent fluorescent phenomena, to determine the most appropriate fluorescence thermometry methods for measuring the temperature of nanoparticles inside cells, and to implement a mathematical model to quantify the temperature of nanoparticles based on the fluorescence intensity of a fluorophore. The methodology included a review of the physics of fluorescent phenomena, various methods of fluorescence-based thermometry, and the development of a mathematical model based on Lindblad's master equation. The results established a quantitative relationship between temperature and decay rates in two-level fluorescent systems, demonstrating that increasing temperature increases the Planck distribution function, which translates into an increase in the total transition rate, directly affecting the quantum yield and excited-state lifetime of fluorescent molecules.

Descripción

La hipertermia terapéutica es una técnica prometedora para el tratamiento del cáncer que utiliza el aumento controlado de temperatura para eliminar células tumorales, pero su aplicación presenta desafíos en cuanto a la precisión y control de la temperatura. La termometría basada en fluorescencia ha ganado atención por su capacidad para realizar mediciones precisas y localizadas, especialmente en combinación con nanopartículas plasmónicas. Este trabajo tuvo como objetivos comprender la física relacionada con los fenómenos fluorescentes dependientes de la temperatura, determinar los métodos de termometría de fluorescencia más apropiados para la medición de la temperatura de nanopartículas en el interior celular, e implementar un modelo matemático que permita cuantificar dicha temperatura en base a la intensidad de fluorescencia de un fluoróforo. La metodología incluyó la revisión de la física de los fenómenos fluorescentes, de diversos métodos de termometría basada en fluorescencia, y el desarrollo de un modelo matemático basado en la ecuación maestra de Lindblad. Los resultados establecieron una relación cuantitativa entre la temperatura y las tasas de decaimiento en sistemas fluorescentes de dos niveles, demostrando que el aumento de temperatura incrementa la función de distribución de Planck, lo cual se traduce en un aumento de la tasa de transición total, afectando directamente el rendimiento cuántico y el tiempo de vida en estado excitado de las moléculas fluorescentes.

Palabras clave

Termometria, Fluorescencia, Interacción Átomo campo, Sistemas cuánticos abiertos, Ecuación de Lindblad

Materias

Licenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicas , Termometría de fluorescencia , Hipertermia terapéutica en tratamiento del cáncer , Relación entre temperatura e intensidad de fluorescencia , Tasas de decaimiento en sistemas fluorescentes

Citación