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

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...

Full description

Autores:: Garzón García, Carlos Alejandro

Tipo de recurso:

Fecha de publicación:: 2024

Institución:: Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Repositorio:: RIUD: repositorio U. Distrital

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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.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.pdfUniversidad Distrital Francisco José de CaldasTermometriaFluorescenciaInteracción Átomo campoSistemas cuánticos abiertosEcuación de LindbladLicenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicasTermometría de fluorescenciaHipertermia terapéutica en tratamiento del cáncerRelación entre temperatura e intensidad de fluorescenciaTasas de decaimiento en sistemas fluorescentesThermometryFluorescenceAtom field interactionOpen quantum systemsLindblad's equationTermometría de fluorescencia para hipertermia con nanopartículas: Relación entre la intensidad de fluorescencia y la temperatura de un fluoróforoFluorescence thermometry for hyperthermia with nanoparticles: Relationship between the fluorescence intensity and temperature of a fluorophorebachelorThesisPasantíahttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fAbierto (Texto Completo)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Jianfeng Lou et al. “Fluorescence-Based Thermometry:Principles and Applications”. In: Reviews in analytical chemistry 18.4 (July 1999). doi: 10.1515/revac.1999.18.4.235. url: https://doi.org/10.1515/revac.1999.18.4.235P Wust et al. “Hyperthermia in combined treatment of cancer”. In: Lancet oncology/Lancet. Oncology 3.8 (July 2002), pp. 487–497. doi: 10.1016/s1470-2045(02)00818-5. url: https://doi.org/10.1016/s1470-2045(02)00818-5Stefano Freddi et al. “A molecular thermometer for nanoparticles for optical hyperther- mia”. In: Nano Letters 13.5 (May 2013), pp. 2004–2010. issn: 15306984. doi: 10.1021/ nl400129vKohki Okabe et al. “Intracellular temperature mapping with a fluorescent polymeric ther- mometer and fluorescence lifetime imaging microscopy”. In: Nature communications 3.1 (July 2012). doi: 10.1038/ncomms1714. url: https://doi.org/10.1038/ncomms1714.Jiajia Zhou et al. Advances and challenges for fluorescence nanothermometry. Oct. 2020. doi: 10.1038/s41592-020-0957-yKohki Okabe et al. Intracellular thermometry with fluorescent sensors for thermal biology. May 2018. doi: 10.1007/s00424-018-2113-4.Jihad Rene Albani. Principles and Applications of Fluorescence Spectroscopy. Wiley-Blackwell, July 2007Joseph R Lakowicz. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Springer, July 2010.J Slavik. Fluorescence Microscopy and Fluorescent Probes. Springer Science & Business Media, July 2013Rupsa Datta et al. “Fluorescence lifetime imaging microscopy: fundamentals and advances in instrumentation, analysis, and applications”. In: Journal of biomedical optics 25.07 (July 2020), p. 1. doi: 10.1117/1.jbo.25.7.071203. url: https://doi.org/10.1117/1.jbo. 25.7.071203Shuai Li et al. Response strategies and biological applications of organic fluorescent ther- mometry: cell- and mitochondrion-level detection. Mar. 2024. doi: 10.1039/d4ay00117f.Masakazu Umezawa et al. “Temperature imaging inside fluid devices using a ratiometric near infrared (NIR-II/III) fluorescent Y2O3: Nd3+, Yb3+, Er3+ nanothermometer”. In: Analytical sciences 40.7 (July 2024), pp. 1323–1330. doi: 10.1007/s44211-024-00564-0. url: https://doi.org/10.1007/s44211-024-00564-0Nicholas J Turro. Modern Molecular Photochemistry. Benjamin-Cummings Publishing Com- pany, July 1978Marlan O Scully and M Suhail Zubairy. Quantum Optics. Cambridge University Press, July 1997.Mark Fox. Quantum Optics. Oxford University Press, July 2006Heinz-Peter Breuer and Francesco Petruccione. The Theory of Open Quantum Systems. Oxford University Press, USA, July 2002.Daniel Manzano. “A short introduction to the Lindblad master equation”. In: AIP Ad- vances 10.2 (Feb. 2020). issn: 21583226. doi: 10.1063/1.5115323.Carlos Garzón. "Termometría de fluorescencia para hipertermia con nanopartículas: relación entre la intensidad de fluorescencia y la temperatura de un fluoróforo". https://drive.google.com/drive/folders/14f39M6JmMQu1hRvDD5rjF-fmjdJX9RUz?usp=sharingORIGINALGarzónGarcíaCarlosAlejandro2024.pdfGarzónGarcíaCarlosAlejandro2024.pdfTrabajo de gradoapplication/pdf21950947https://repository.udistrital.edu.co/bitstreams/86248a8a-757e-42b6-bc98-53560eee8bee/download0d5a384ce1f4b41a8b98ceb8464bb64fMD54Licencia de uso y publicación.pdfLicencia de uso y publicación.pdfLicencia de uso y publicaciónapplication/pdf222213https://repository.udistrital.edu.co/bitstreams/04e98fa8-aed3-42d1-871a-181ff66d2e9d/download27b56675d29d53b23173deea0e5bbf39MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-87167https://repository.udistrital.edu.co/bitstreams/3835adba-21d6-419a-9a5c-e275566b6899/download997daf6c648c962d566d7b082dac908dMD52THUMBNAILGarzónGarcíaCarlosAlejandro2024.pdf.jpgGarzónGarcíaCarlosAlejandro2024.pdf.jpgIM 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