贵金属纳米颗粒介导光热治疗,是将纳米颗粒输送到肿瘤所在区域,利用贵金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）特性,对特定频率的入射光产生强烈吸收,并将光能转化为热能,进而杀死肿瘤细胞的一种医学治疗手段,具有精准高效的优势,应用前景广阔。目前,纳米颗粒介导光热治疗已经应用于临床实验,但因治疗效果受多因素影响,存在着难以直接选取到最佳参数,试错成本高,治疗风险难以预测等问题。而建立纳米颗粒介导的光热治疗模型,在实验前通过调控各因素,如颗粒的分布方式、入射光强等,预测温度分布及热损伤情况,能够对临床实验产生指导意义。已有研究者对纳米颗粒介导光热治疗过程进行数值模拟,但并未考虑纳米颗粒姿态、纳米颗粒共振波长、激发光波长以及生物组织光学特性之间的对应关系,与实际情况存在出入;此外,不同因素对治疗效果的影响也尚未得到充分解决,亟待完善。纳米颗粒类型的选取对光热治疗至关重要,为了避开水、血液的吸收峰,以使光在组织中的穿透深度最佳,需要纳米颗粒的共振吸收峰位于近红外区域;为了在入射光被多次散射后失去原有偏振方向的情况下,处于随机姿态的纳米颗粒均能产生稳定的升温,需要纳米颗粒具有抑制偏振依赖的吸收性能。转变纳米颗粒的结构被证明是调控LSPR性能的有力手段,为此不同形状的纳米颗粒被研究。其中,芯帽颗粒受到了广泛的关注。芯帽颗粒能够在近红外产生共振吸收峰,通过调节壳核比以及壳破损程度,能够获得宽范围的谱线调节。由于球对称的破损,芯帽颗粒也表现出了对偏振态的依赖:在电场矢量平行和垂直于对称轴的方向上,分别发生轴向共振与横向共振,近红外共振峰由横向共振激发。相互靠近的纳米颗粒能够发生近场耦合,在光谱中表现为耦合峰蓝移或红移,基于这一理论,本文提出利用另一个纳米颗粒作为补偿因子,通过补偿因子与芯帽颗粒间的共振耦合补偿芯帽颗粒缺失的近红外部分光学性能。通过前期的结构筛选,本文提出纳米补偿结构,结构为将两个芯帽颗粒沿各自帽型方向定向组合。基于有限元法,利用COMSOL Multiphysics 5.5软件数值求解纳米补偿结构与光相互作用的电磁响应,结果清晰地表明,线偏振光的任意两个正交分量均能激发双芯帽间的共振耦合,且共振耦合峰位于同一近红外波长,解除了单芯帽对偏振态的依赖关系,从而获得抑制偏振依赖的性能。其次,计算纳米补偿结构在组织中的光热响应,基于该响应在COMSOL中建立纳米补偿结构介导的皮下光热治疗模型并利用有限元法求解,不同于以往研究,在本文所建立模型中,由于纳米补偿结构具有抑制偏振依赖的性能,因此可解除纳米颗粒的姿态对吸收性能的依赖,激发光波长选择纳米补偿结构的近红外共振波长,组织光学特性参数根据激发光波长确定,实现了三者的匹配。利用蒙特卡洛算法计算光子在组织中的传播路径,获得组织中光能的分布,并将该分布作为Pennes生物传热中的外部热源,计算组织的升温,并利用阿伦尼乌斯方程计算组织的热损伤。同时,基于该模型进一步分析了纳米颗粒的分布状态及浓度、肿瘤深度、激发光照射强度、照射时间对光热治疗效果的影响。本文研究表明,纳米补偿结构中芯帽颗粒间共振耦合模式的激发不依赖于偏振态,补偿了单个芯帽缺失的部分近红外光学性能,能够获得稳定的近红外光吸收;高效稳定的吸收性能使得纳米补偿结构具有稳定的高光热转化能力,对其光热转换过程的研究表明了纳米补偿结构自身及周围环境的升温不受偏振态影响;对其皮下光热模型的理论研究表明,通过调节颗粒的分布方式及浓度、激发光强度及照射时间等因素,能够对优化纳米补偿结构介导光热治疗的过程,对实际临床应用具有重要指导意义。