Article
  • Assessment of Near-infrared Penetration Depth and Photothermal Efficiency of Organic and Inorganic Materials in Tissue-mimicking Phantoms

  • Juyoung Hwang, Rim Mhamdi, Banyu Firdaus Soeriawidjaja, Min Chan Kim*, Astrini Pradyasti**, Chung Thanh Pham, Kyu Hyun*, Hyun Jung Kim***, Songyi Lee, Mun Ho Kim**, and Minseok Kwak†

  • Department of Chemistry and Industry 4.0 Convergence Bionics Engineering, Pukyong National University
    *School of Chemical Engineering, Pusan National University, 2 Busandaehak-ro 63 beon-gil, Geumjeong-gu, Busan 46241, Korea
    **Department of Polymer Engineering, Pukyong National University, 45 Yongso-ro, Nam-gu, Busan 48513, Korea
    ***Department of Inflammation and Immunity, Lerner Research Institute, Cleveland Clinic, 9500 Euclid Ave., NE3, Cleveland, OH, 44195, USA

  • 조직 유사 팬텀의 근적외선 투과 깊이에 따른 유기 및 무기 물질 광열 효율 평가

  • 황주영 · 림므함디 · 반유피르다우스수리야위자야 · 김민찬* · 아스트리니프라디야스티** · 충탄팜 · 현 규* 김현중*** · 이송이 · 김문호** · 곽민석†

  • 부경대학교 화학과 4차산업융합바이오닉스공학과, *부산대학교 화공생명공학부 **부경대학교 고분자공학과, ***미국 클리블랜드 클리닉

  • Reproduction, stored in a retrieval system, or transmitted in any form of any part of this publication is permitted only by written permission from the Polymer Society of Korea.

Abstract

This study evaluated how deeply near-infrared light (NIR) can penetrate skin tissue in photothermal therapy (PTT) using an acrylamide-based phantom that mimics skin tissue. We loaded the phantom with varied photothermal agents (PTAs) such as indocyanine green (ICG), IR788, PA2, and gold nanorod (AuNR). The temperature change of the PTAs under a NIR laser irradiation was assessed at different phantom lid thicknesses, resulting in temperature drop is proportional to lid-thickness. Moreover, Pearson's correlation coefficient indicated that the temperature change and transmittance were directly related, having high values. The trends observed in the study were consistent with the respective photothermal conversion efficiency values of the PTAs. The results suggest that AuNR is superior to ICG and IR788-sIPN as a PTA for absorbing energy from laser irradiation in the phantom. The acrylamide-based phantom provides a valuable platform for further research into the performance of PTAs for PTT under tissue conditions.


본 연구는 피부조직을 모방한 아크릴아마이드 기반 팬텀을 사용하여 광열치료에서 근적외선 빛이 얼마나 깊이 투과하는지를 평가하였다. 인도시아닌그린, IR788, PA2, 금 나노 막대와 같은 다양한 광열제를 팬텀에 첨가하였다. 근적외선 레이저 조사하에서 광열제의 온도 변화를 다양한 팬텀 뚜껑의 높이에 따라 측정하였으며, 이에 따라 온도 감소는 뚜껑의 두께와 비례한다는 결과를 얻었다. 또한 온도변화와 투과율이 직접적으로 관련이 있었으며, Pearson 상관계수 또한 높은 값을 가졌다. 광열제의 광열 전환 효율을 계산하였고, 그 중 금 나노 막대가 팬텀에서 근적외선 레이저 조사로부터 가장 에너지 흡수율이 높았다. 이 결과로부터 아크릴아마이드 기반 팬텀은 조직 조건하에서의 광열치료에서 광열제의 성능을 연구하기 위한 중요한 플랫폼을 제공할 수 있을 것이라 기대한다.


Keywords: phantom, photothermal therapy, near-infrared, indocyanine green, gold nanorod.

  • Polymer(Korea) 폴리머
  • Frequency : Bimonthly(odd)
    ISSN 0379-153X(Print)
    ISSN 2234-8077(Online)
    Abbr. Polym. Korea
  • 2022 Impact Factor : 0.4
  • Indexed in SCIE

This Article

  • 2023; 47(5): 678-685

    Published online Sep 25, 2023

  • 10.7317/pk.2023.47.5.678
  • Received on Jul 4, 2023
  • Revised on Jul 21, 2023
  • Accepted on Jul 21, 2023

Correspondence to

  • Minseok Kwak

  • Department of Chemistry and Industry 4.0 Convergence Bionics Engineering, Pukyong National University

  • E-mail: mkwak@pukyong.ac.kr