金属纳米颗粒具有局域表面等离子共振效应,由于其独特的光学特性、易控的表面化学能力和优良的生物相容性,被广泛应用于生物成像领域。针对旋转对称金纳米颗粒(金纳米旋转椭球、纳米圆柱和纳米棒)在生物成像中的应用,利用T矩阵方法和介电函数尺寸修正模型,研究了旋转对称金纳米颗粒的共振后向光散射特性,获得了最优后向光散射特性及对应的最佳尺寸参数。考虑了生物成像中使用的三个典型激发波长(830,840,900 nm),结果表明,纵横比为3.7、长度为146 nm的金纳米旋转椭球在入射光波长900 nm处具有最优的后向光散射特性。此外,分析了入射光波长和生物组织折射率对优化结果的影响,结果表明,优化后的三种旋转对称金纳米颗粒的体积后向散射系数和尺寸参数随入射光波长的增大而增大,随组织折射率的增大而减小。最后给出了体积后向散射系数大于其最大值的90%时对应的尺寸参数范围。研究结果为三种旋转对称金纳米颗粒在生物成像中的应用提供了理论指导。

针对金纳米旋转椭球在光热治疗和生物成像中的应用,利用T矩阵方法和介电函数尺寸修正模型,从理论上定量研究金纳米旋转椭球的共振光吸收与散射特性,对金纳米旋转椭球的尺寸参数进行优化,获得最优的短半轴与长半轴。对于光热治疗中的常用波长,在特定尺寸参数范围内优化的金纳米旋转椭球在波长1064 nm处具有最大的吸收特性;对于生物成像中的常用波长,在特定尺寸参数范围内优化的金纳米旋转椭球在波长1310 nm处具有最大的散射特性。与金纳米球壳的优化结果对比发现,金纳米旋转椭球在光热治疗和生物成像的应用中比金纳米球壳具有明显的优势。