孙晓冬 1,2石玉娇 1,2,*
作者单位
摘要
1 华南师范大学生物光子学研究院,激光生命科学教育部重点实验室,广东 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院,广东省激光生命科学重点实验室,广东 广州 510631
温度响应型纳米材料作为造影剂的巨大潜力推动了近年来光声成像领域的研究和发展,然而,目前报道的温度响应型纳米探针的响应温度超过了人体可以容忍的范围,同时可逆性低,这两个问题是其实际应用的严重障碍,影响了其有效成像和长期监测的效果。鉴于此,笔者设计了一种聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)包裹金纳米棒(AuNR)的温度响应型相变纳米探针AuNR@PNIPAM,其可在生理温度附近表现出增强且可切换的近红外二区光吸收,实现对肿瘤的高对比度成像。当AuNR@PNIPAM微凝胶热靶向到肿瘤组织后,金纳米棒核吸收近红外光能量触发PNIPAM壳相变。当温度高于PNIPAM的体积相变温度时,PNIPAM水凝胶经历溶胀到坍缩的体积相变,使金纳米棒周围的折射率变大,诱导微凝胶的局域表面等离子体共振峰发生红移并使其吸收峰强度增大。体内外实验均证明,利用所制备的AuNR@PNIPAM微凝胶,在外部近红外光刺激下动态调制温度场,可以获得对比度增强的光声图像。本工作可为开发温度响应型智能光声纳米探针从而增强成像对比度提供一定的参考。
生物光学 温度响应 相变 聚(N-异丙基丙烯酰胺) 对比度增强 
中国激光
2023, 50(21): 2107104
张奇睿 1,2石玉娇 1,2,*
作者单位
摘要
1 华南师范大学生物光子学研究院,激光生命科学教育部重点实验室,广东 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院,广东省激光生命科学重点实验室,广东 广州 510631
贵金属纳米探针及其聚合体以优异的光热转换效率、良好的生物相容性及灵活可调的光学吸收峰位受到了光热治疗领域研究人员的广泛关注。本文通过有限元仿真定量演示了贵金属纳米探针聚集诱导的非线性光学及光热效应,系统地讨论了纳米颗粒的材质、尺寸、排列方式、聚集程度等因素对纳米探针光热转换效率的影响,并对局域表面等离子体共振耦合效应产生的非线性光场以及光热增强效应及其机制进行了深入定量分析。
生物光学 纳米探针 光热转换 局域表面等离子体共振 耦合效应 
中国激光
2023, 50(9): 0907201
作者单位
摘要
1 华南师范大学 激光生命科学教育部重点实验室,广东 广州 510631
2 华南师范大学 生物光子学研究院,广东 广州 510631
基于激光诱导超声机制的光声成像技术结合了光学成像的高对比度和超声成像的深穿透性,能无标记、非侵入反映生命体内源性吸收物质的分布,适合啮齿类动物模型全脑的即时成像。为了证明光声技术在脑科学研究和脑疾病监测中的应用,搭建了光声显微成像系统,其空间分辨率可达几十微米,有效成像深度可达1 mm以上,并以APP/PS1转基因阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease, AD)模型小鼠和野生型WT小鼠为研究对象,从脑组织切片、离体全脑和活体全脑三个层面探究了光声成像在表征AD鼠和WT鼠脑结构变化和血管网络的能力,证明了光声技术在研究脑疾病发展过程中监控脑结构变化和脑血管网络特征的巨大潜力,可以为诸多脑科学研究和神经退行性疾病发展机制提供更深入的见解。
光声成像 脑成像 阿尔茨海默症 光声血管成像 photoacoustic imaging brain imaging Alzheimer's disease photoacoustic angiography 
红外与激光工程
2022, 51(11): 20220541
穆根 1,2张振辉 1,2石玉娇 1,2,*
作者单位
摘要
1 华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学教育部重点实验室,广东 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院广东省激光生命科学重点实验室,广东 广州 510631

光声成像结合了光学成像的高对比度和超声成像的深穿透性优势,能够利用内源性、外源性造影剂对比显示组织的结构、功能、代谢特征和分子、动力学信息等,同时可以实现从细胞器、细胞、组织到器官的多尺度成像,在生物医学研究中发挥着越来越重要的作用。简要回顾了光声成像的基本原理,重点总结了光声计算断层成像(PACT)、光声显微成像(PAM)、光声内窥成像(PAE)和光声分子成像近年来的研究热点及技术进展,主要涉及成像探测方式的选择与改进、低成本激发光源的替代方案、图像重建算法的进步、系统成像速度和分辨率的提高以及分子探针的新兴设计策略等,最后展望了光声成像的应用前景。

生物光学 成像系统 光声成像 光声计算断层成像 光声显微成像 光声内窥成像 光声分子成像 
中国激光
2022, 49(20): 2007208
王瑞荣 1,2崔丹丹 1,2石玉娇 1,2,*
作者单位
摘要
1 华南师范大学生物光子学研究院,激光生命科学教育部重点实验室,广东 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院,广东省激光生命科学重点实验室,广东 广州 510631
肿瘤微环境中谷胱甘肽(GSH)的高表达通常被认为是肿瘤组织的显著内源性特征之一。本团队基于实验室合成的光敏感AgBr@PLGA纳米探针能够特异性响应GSH的这一特点,提出了一种用于近红外二区(NIR-Ⅱ)肿瘤特异性光声成像的方法。当光敏感AgBr@PLGA纳米探针被动靶向到肿瘤组织后,探针能够在外部白光LED的触发下与肿瘤微环境中的GSH发生强烈的氧化还原反应,产生大量的在NIR-Ⅱ区具有强烈光吸收的银纳米颗粒,从而实现肿瘤组织光声信号的特异性增强。接着,本团队对所合成的纳米探针的光敏感性及GSH响应特性进行了体外验证。荷瘤小鼠模型实验证明,AgBr@PLGA纳米探针能够在体内实现高对比度的肿瘤特异性成像。本研究结果说明,所合成的光敏感纳米探针在肿瘤特异性光声检测及诊断中具有很大的应用潜力。
医用光学 肿瘤特异性成像 近红外二区 溴化银 
中国激光
2022, 49(20): 2007204
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Laser Life Science & Institute of Laser Life Science, College of Biophotonics, South China Normal University, Guangzhou 510631, China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Laser Life Science, College of Biophotonics, South China Normal University, Guangzhou 510631, China
We proposed a nonlinear photoacoustic (PA) technique as a new imaging contrast mechanism for tissue thermal-nonlinearity characterization. When a sine-modulated Gaussian temperature field is introduced by a laser beam, in view of the temperature dependence of the thermal diffusivity, the nonlinear PA effect occurs, which leads to the production of second-harmonic PA (SHPA) signals. By extracting the fundamental frequency PA and SHPA signal amplitudes of samples through the lock-in technique, a parameter that only reflects nonlinear thermal-diffusivity characteristics of the sample then can be obtained. The feasibility of the technique for thermal-nonlinearity characterization has been studied on phantom samples. In vitro biological tissues have been studied by this method to demonstrate its medical imaging capability, prefiguring great potential of this new method in medical imaging applications.
Chinese Optics Letters
2021, 19(7): 071702
崔丹丹 1,2石玉娇 1,2,*
作者单位
摘要
1 华南师范大学 a.生物光子学研究院
2 b.激光生命科学研究所教育部重点实验室, 广州 510631
传统光声成像外源对比剂的光吸收主要集中在可见光区和传统近红外区(NIR, 750~900 nm), 开发具有更高光学组织穿透能力的近红外二区(NIR-II, 1 000~1 700 nm)光吸收外源对比剂对活体深层组织光声成像具有重要意义。本文中, 作者选取了光吸收峰在1 000 nm左右的半导体型单壁碳纳米管为近红外二区光学吸收外源对比剂, 测试了其在近红外二区激光激发下能够产生较强的光声效应。进一步地, 作者通过将该纳米材料包埋在仿体组织的不同深度的位置, 获得了仿体组织的深层光声成像, 成像深度可达1.5 cm。试验结果表明, 具有近红外二区光吸收能力的半导体型单壁碳纳米管在活体深层组织光声成像中有很大的应用潜力。
半导体型单壁碳纳米管 近红外二区 光声成像 semiconductor single-walled carbon nanotubes near infrared region photoacousticimaging 
激光生物学报
2019, 28(5): 463
作者单位
摘要
华南师范大学 a.生物光子学研究院, b.激光生命科学研究所教育部重点实验室, 广州 510631
构建高转化效率的功能纳米探针是推动光声分子成像发展的关键。随着光声分子成像技术的发展, 具有非线性增强光声转换效率的自组装纳米探针逐渐成为研究热点, 然而有关其非线性增强的定量研究尚未见报道。本文以纳米金球为例, 利用有限元仿真定量探究金属纳米探针自组装诱导的非线性光热及光声效应, 揭示自组装纳米探针光声效应增强规律, 为构建具备高转换效率的光声自组装纳米探针奠定了理论基础。
纳米探针 自组装 非线性光声效应 有限元仿真 nanoprobe self-assembly nonlinear photoacousticeffect finite element simulation 
激光生物学报
2019, 28(4): 330
作者单位
摘要
华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所, 激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
为解决传统的光声成像技术通常将组织的吸收系数假定为无方向性的标量常数而忽略组织各向异性光吸收特性的问题,利用两束电矢量方向相互垂直的线偏振光作为光声成像的激发源,提出一种基于各向异性光吸收的线偏振光声成像技术;搭建线偏振光光声显微成像系统,并选取具有各向异性光吸收差异的材料作为样品,对所提技术的可行性进行实验验证;进一步对生物样品进行成像,演示所提技术对各向异性光吸收生物样本的成像能力。结果表明,所提技术易植入传统的光声显微成像系统中,拓展了传统光声成像的信息提取范围。
生物光学 光声成像 线偏振光 各向异性 吸收差异 
中国激光
2019, 46(8): 0807001
张振辉 1,2石玉娇 1,2,*
作者单位
摘要
1 华南师范大学 a.生物光子学研究院
2 b.激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
本文提出了一种基于非线性热扩散效应的光声二次谐波显微SH-PAM成像技术,用于实现亚衍射极限光声成像。生物组织受到强度调制的高斯激光束辐射时,组织吸收光子形成高斯分布的温度场,由于热扩散系数非线性热效应引起的非线性光声PA效应,从而产生光声二次谐波信号。模拟和试验结果均表明,重建后的光声二次谐波成像的横向分辨率超过了传统光学成像分辨率。本文通过仿体样品验证了该方法的可行性,并且对人表层皮肤细胞进行了成像,以证明其对生物样品的成像能力。该方法扩展了传统光声成像的范围,为超分辨成像开辟了新的可能性,为生物医学成像和材料检测提供了新的方法。
光声非线性效应 光声二次谐波成像 超分辨 nonlinear photoacoustic effect photoacoustic second-harmonic imaging super resolusion 
激光生物学报
2019, 28(1): 32

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