Machine Learning‐Integrated Numerical Simulation for Predicting Photothermal Conversion Performance of Metallic Nanofluids

光热治疗 纳米流体 材料科学 离散偶极子近似 等离子体子 纳米技术 蒙特卡罗方法 纳米颗粒 计算机科学 光电子学 光学 散射 物理 数学 统计
作者
Pengpeng Jia,Chaoyu Cao,Xiaoxiao Lu,Wei Yi,Jing Du,Feng Xu,Shangsheng Feng,Minli You
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (10): e2408984-e2408984 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.202408984
摘要

Abstract Photothermal conversion in metallic nanofluids, driven by localized surface plasmon resonances, is essential for applications in biomedicine, such as cancer treatment and biosensing. However, accurately predicting photothermal conversion performance, particularly the spatial temperature distribution, remains challenging due to the complex interplay of nanoparticle properties. Existing experimental methods are labor‐intensive and often insufficient in providing detailed thermal profiles. Here, a novel approach that integrates machine learning is presented with numerical simulations to predict the photothermal conversion efficiency and spatial temperature distribution in gold nanorod nanofluid. The method employs Discrete Dipole Approximation for optical property calculations, Monte Carlo simulations for light transport, and finite element methods for temperature distribution modeling. The machine learning model, trained on 1,024 cases of photothermal conversion efficiency and 2,016 cases of temperature fields, achieves rapid and accurate predictions with a high correlation coefficient ( R 2 = 0.972) to simulation results. This approach not only streamlines the prediction process but also provides an accessible tool for optimizing nanoparticle design, with significant implications for advancing biomedicine, energy, and sensor technologies.
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