【摘要】 光声成像和显微成像在离体、体内和体外环境中显示出巨大的应用潜力。

光声成像(PAI)是A.G. Bell于1882年发现的基于光声效应的生物医学成像技术。[1]光声效应是指光能转化为声能。在PAI中，将非电离激光脉冲传递到生物组织中，部分传递的能量被吸收后转化为热能。这导致瞬态热弹性膨胀，从而导致宽带超声发射。产生的波被超声波换能器检测，然后分析生成图像。PAI的动机是将超声分辨率与光吸收的高对比度相结合。

 

因此，在PAI中检测到的是超声而不是光。超声能量的散射和衰减较小，因此与其他光学成像方式相比，可以在高分辨率和高穿透深度的深层组织中获得良好的光吸收空间分布。与其他成像技术相比，光声成像和显微成像在离体、体内和体外环境中显示出巨大的应用潜力。光吸收是光声学中的主要对比机制，因为它具有有关组织成分(如血红蛋白和黑色素)存在的信息。这些成分被认为是内源性造影剂。血红蛋白和氧合血红蛋白的强光学吸收使血管可视化。此外，这些造影剂具有特定的吸收光谱，使其与其他组织成分区别开来。它们的存在提供了更多关于成像组织的病理和功能信息。

 

另一方面，许多外源造影剂被用来增强光声信号。金纳米颗粒是非常有趣的PA造影剂[2]。这是因为由于表面等离子体共振(SPR)效应，它们具有较大的吸收截面。此外，它们还具有很高的可调性，可以通过改变纳米颗粒的大小和形状来控制吸收带的位置。AuNR更受青睐，因为它们在光学生物窗口(700-1000nm)具有很强的纵向SPR带，在该窗口，组织对光的吸收最小。这种情况对于许多其他成像方法无法获得的深部组织PAI非常重要，因此，AuNR已被开发并应用于体外和体内应用。它们也被功能化以进一步增强PAI对比度。在3 ~ 4之间的UNRs长宽比(长/宽)有利于PAI，因为它们的纵向SPR波段位于生物窗口。

 

图1 (a)不同AgNO3添加量((1):15ml，(2):20ml，(3):25ml)的AuNR紫外-可见光谱，(b)蓝色聚乙二醇化金纳米棒和红色二氧化硅包覆金纳米棒的紫外-可见吸收。[2]

 

图2 负载(a)聚乙二醇化和(b)二氧化硅包覆金纳米棒的细胞在不同激光波长下的PA信号。

 

图3 (a)聚乙二醇化和(b)二氧化硅包被AuNR的细胞覆盖US-PA图像。

 

二氧化硅(SiO2)涂层被认为是最常用的功能化方法之一。它被应用于许多应用，如PAI、细胞跟踪、靶向药物递送和表面增强拉曼光谱。这是由于与传统的CTAB封顶的AuNR相比，它们具有较高的稳定性、生物相容性和功能性(20-22)。在使用高功率激光的情况下，使用SiO2涂层棒的光学特性不会改变，而在使用CTAB涂层的AuNR的情况下，熔化发生了，并且在纵向表面等离子体共振带向可见方向移动。

 

此外，在高粒子浓度下，SiO2涂层阻止了粒子聚集和等离子体耦合效应。此外，由于二氧化硅涂层，颗粒的表面积增加，这有助于更多的抗体或任何其他部分的结合。H Awad等人[2]通过种子介导生长技术制备了三个金纳米棒(AuNR)样品，其中添加了不同量的硝酸银(AgNO3)来改变棒的大小。利用光学参量振荡器(OPO)激光在不同波长下对明胶模中颗粒进行声光成像，得到明胶包体中不同粒径颗粒的最大声信号波长。分别对携带聚乙二醇化AuNR的MDA-MB 231乳腺癌细胞和另一个携带二氧化硅包被AuNR 的细胞拍摄PA图像，以评估每种情况下PA图像的增强情况。

 

[1]. MIMS III FM 1980 Optics News 6 8-16

[2]. Kim, G.;  Huang, S. W.;  Day, K. C.;  O'Donnell, M.;  Agayan, R. R.;  Day, M. A.;  Kopelman, R.; Ashkenazi, S., Indocyanine-green-embedded PEBBLEs as a contrast agent for photoacoustic imaging. J Biomed Opt 2007, 12 (4), 044020.

[3]. Awad, H.;  Abdallah, T.;  Easawi, K.;  Negm, S.; Talaat, H., Gold Nanorods as Contrast Agent for Photoacoustic Imaging (PAI) of Breast Cancer. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2020, 956 (1), 012014.

 

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