A number of experimental research findings for the metal nanoparticles (NPs)-mediated EMF photothermal therapy of cancer cells show an intriguing trend of the NPs’ size-dependent efficacy. This is a phenomenon we find to trend with the light absorption bandwidth behavior (full width at half maximum) of the NPs and the accompanying electric field enhancement. We find that the nanoparticle sizes that have been reported to produce the optimized effect on cancer cells are of minimum absorption bandwidth and optimized electric field magnitude. While the death of cancer cells under the NPs-aided EMF effect has in the past attracted varied interpretations, either as a thermal or non-thermal effect, photothermal effect has gained a wide acceptance due to the exhibited hyperthermia. However, the exhibited trend of the NPs’ size-dependent efficacy is beginning to feature as a possible manifestation of other overlooked underlying or synergistic phenomenal conditions. We present a theoretical model and analysis which reveal that the contribution and efficacy of the metal NPs in the destruction of cancer depend partly but significantly on the accompanying electric field intensity enhancement factor and partly on their absorption cross-section. This paper finds that, other than the expected hyperthermia, the metal NPs’ sizes for the optimized therapy on cancer cells seem to fulfill other synergistic conditions which need to come to the fore. We find interplay between electric field and thermal effects as independent energy channels where balancing may be important for the optimized EMF effect, in the ratio of about 5:1. The required balancing depends on the absorption bandwidth and absorption cross-section of the NPs, the frequency of EMF used and the relative permittivity of the cancer cells. The NPs’ size-dependent efficacy decreases away from the NPs’ size of minimum absorption bandwidth, which is around 20 nm for Au NPs or other shapes of equivalent surface area–volume ratio. While the absorption wavelength peak for metal NPs would change with the change of shape, the responsible condition(s) for optimizing the efficacy remains relatively invariable. From the modeling and the analysis of the NPs’ size for optimizing the EMF therapy on cancer cells, the ratio of electric field enhancement by metal NPs to the associated thermal effect is a very important factor for efficacy.

中文翻译：

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优化金属纳米粒子辅助电磁场 (EMF) 对癌症的影响的重要参数。

金属纳米颗粒 (NPs) 介导的 EMF 光热疗法对癌细胞的许多实验研究结果显示出 NPs 的尺寸依赖性功效的一个有趣趋势。我们发现这种现象与 NP 的光吸收带宽行为（半峰全宽）和伴随的电场增强有关。我们发现，据报道对癌细胞产生优化效果的纳米颗粒尺寸具有最小的吸收带宽和优化的电场幅度。虽然过去 NPs 辅助 EMF 效应下癌细胞的死亡引起了不同的解释，无论是作为热效应还是非热效应，但由于表现出的高温，光热效应已获得广泛接受。然而，NPs 尺寸依赖性功效的表现趋势开始成为其他被忽视的潜在或协同现象条件的可能表现。我们提出了一个理论模型和分析，表明金属纳米粒子在破坏癌症中的贡献和功效部分但显着取决于伴随的电场强度增强因子，部分取决于它们的吸收截面。本文发现，除了预期的热疗外，用于优化癌细胞治疗的金属纳米粒子的尺寸似乎满足了其他需要突出的协同条件。我们发现电场和热效应之间的相互作用作为独立的能量通道，其中平衡对于优化的 EMF 效应可能很重要，比例约为 5:1。所需的平衡取决于 NP 的吸收带宽和吸收截面、使用的 EMF 频率和癌细胞的相对介电常数。纳米粒子的尺寸依赖性功效随着纳米粒子的最小吸收带宽尺寸减小，对于金纳米粒子或其他具有等效表面积-体积比的形状约为 20 nm。虽然金属纳米粒子的吸收波长峰值会随着形状的变化而变化，但优化功效的负责条件仍然相对不变。从用于优化 EMF 治疗癌细胞的 NPs 尺寸的建模和分析来看，金属 NPs 的电场增强与相关热效应的比率是影响疗效的一个非常重要的因素。使用的 EMF 频率和癌细胞的相对介电常数。纳米粒子的尺寸依赖性功效随着纳米粒子的最小吸收带宽尺寸减小，对于金纳米粒子或其他具有等效表面积-体积比的形状约为 20 nm。虽然金属纳米粒子的吸收波长峰值会随着形状的变化而变化，但优化功效的负责条件仍然相对不变。从用于优化 EMF 治疗癌细胞的 NPs 尺寸的建模和分析来看，金属 NPs 的电场增强与相关热效应的比率是影响疗效的一个非常重要的因素。使用的 EMF 频率和癌细胞的相对介电常数。纳米粒子的尺寸依赖性功效随着纳米粒子的最小吸收带宽尺寸减小，对于金纳米粒子或其他具有等效表面积-体积比的形状约为 20 nm。虽然金属纳米粒子的吸收波长峰值会随着形状的变化而变化，但优化功效的负责条件仍然相对不变。从用于优化 EMF 治疗癌细胞的 NPs 尺寸的建模和分析来看，金属 NPs 的电场增强与相关热效应的比率是影响疗效的一个非常重要的因素。对于 Au NP 或其他具有等效表面积-体积比的形状，其约为 20 nm。虽然金属纳米粒子的吸收波长峰值会随着形状的变化而变化，但优化功效的负责条件仍然相对不变。从用于优化 EMF 治疗癌细胞的 NPs 尺寸的建模和分析来看，金属 NPs 的电场增强与相关热效应的比率是影响疗效的一个非常重要的因素。对于 Au NP 或其他具有等效表面积-体积比的形状，其约为 20 nm。虽然金属纳米粒子的吸收波长峰值会随着形状的变化而变化，但优化功效的负责条件仍然相对不变。从用于优化 EMF 治疗癌细胞的 NPs 尺寸的建模和分析来看，金属 NPs 的电场增强与相关热效应的比率是影响疗效的一个非常重要的因素。