Dinâmica de Langevin aplicada ao estudo de magnetohipertermia em suspensões magnéticas

Abstract

Neste trabalho é realizado um estudo computacional, por meio de simulações diretas de partículas usando Dinâmica de Langevin, para examinar propriedades macroscópicas relaci- onadas à microestrutura de uidos magnéticos, com o próposito de entender como as intera- ções hidrodinâmicas de longo alcance e dipolares entre partículas magnéticas inuenciam o

comportamento da susceptibilidade complexa de uma suspensão magnética submetida a um campo magnético oscilatório. Foi considerado nas simulações um domínio com condições de contorno periódicas para calcular adequadamente as interações entre as partículas através da técnica de somas de Ewald, solucionando o problema de divergência devido ao lento decaimento das interações. A parte real χ

0 da susceptibilidade complexa está relacionada com o armazenamento de energia de campo magnético, enquanto a parte imaginária χ 00

com a dissipação de energia e geração de calor. A parte imaginária da suscetibilidade com- plexa, prevista pelas simulações, é apresentada em termos de frequência angular, interações

campo-partículas, interações dipolares, fração volumétrica de partículas e do número de Péclet. Essa propriedade é usada para investigar o processo de magnetohipertermia que é um campo extremamente promissor de tratamento terapêutico de câncer, através da morte

de células tumorais por elevação local da temperatura, induzida pelas partículas magnéti- cas submetidas a um campo magnético oscilatório. Dessa forma, foi estudado a inuência

das interações hidrodinâmicas e dipolares na taxa média de aumento de temperatura. Os resultados mostram que as interações dipolares induzem as formações não homogêneas de

iii

cadeias e agregados de partículas aumentando a geração de calor por dissipação de energia magnética, enquanto as interações hidrodinâmicas atenuam esse efeito. As simulações da dinâmica de uidos magnéticos foram realizadas para o modelo de "dipolo xo", em que o momento magnético de partículas é xado em relação à própria partícula. Nossos estudos

também sugerem que a maneira de combinar e controlar parâmetros físicos em frequên- cia moderada do campo oscilatório aplicado pode melhorar o desempenho de aquecimento

da magnetohipertermia. Os resultados numéricos foram comparados com soluções analí- ticas assintóticas, nas mesmas condições de parâmetros físicos, para um número pequeno

de Péclet na ausência de interações hidrodinâmicas mostrando uma excelente concordância.