"怀长期主义，聊医工科技"
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| 今天的文章中，超哥为大家介绍一种结合光学与声学特性的非侵入式成像技术，能够通过光吸收引发的热声波生成生物组织的高对比度图像。近年来，针对肿瘤微环境中酸性pH特性的pH敏感对比剂研究备受关注。这些对比剂通过质子化、聚集或分离等机制响应肿瘤特有的酸性环境，显著增强光声信号的对比度和深度，同时实现了靶向成像与治疗一体化。文章总结了多种pH响应纳米颗粒的设计及其在光声成像中的应用，包括基于金纳米颗粒、聚苯胺和Croconaine染料的对比剂，它们在酸性环境中表现出吸光波长红移和信号增强。此外，多波长比率分析的引入进一步提高了肿瘤靶向检测的灵敏度与准确性。尽管前景广阔，但在生物相容性、成像深度及临床转化方面仍需克服挑战。未来，随着纳米技术、激光与成像系统的持续发展，光声成像有望成为癌症诊断与治疗的重要工具。 |
新一代便携式高分辨率光声成像：从PAI-05到LUB0的技术迭代
光声专栏 | 光声成像临床应用全景解析：乳腺，皮肤，肌骨，消化，脂肪成像再到泛血管成像
新型双模光声/超声成像系统 - 1.8毫米透明超声换能器件实现高清胃肠内窥影像
光声成像（Photoacoustic Imaging, PAI）是一种新兴的非侵入式成像技术，基于光声效应，通过光吸收和热释放生成超声波来实现组织成像。与传统成像方式相比，PAI具备分子功能成像能力，特别在癌症诊断、治疗监测以及药物递送跟踪方面表现出巨大潜力。当前研究的重点是开发对特定肿瘤微环境条件（如酸性pH）响应的对比剂，以提高成像深度和对比度。
光声成像原理的示意图。PA：光声成像；TR：超声换能器；OR-PAM：光学分辨率光声显微镜；AR-PAM：声学分辨率光声显微镜；PACT：光声断层成像。
核心机制与研究进展
文章系统性总结了pH敏感传感器在光声成像中的应用，重点讨论了以下三个核心机制：
1. 聚集效应
酸性肿瘤微环境通常诱导纳米颗粒聚集，改变其光吸收特性，从而增强PA信号。例如：
金纳米颗粒（AuNPs）：在酸性环境中通过静电吸引聚集，导致光吸收波长红移（例如从520 nm移动至650 nm）。实验表明，这些颗粒能够显著提高肿瘤区域的信号强度，结合光声成像实现高效检测和光热治疗（PTT）。
基于聚合物的纳米颗粒：在酸性条件下释放强吸光分子或改变形态以增强光吸收和信号强度。
2. 分离效应
某些pH敏感材料在酸性环境中解聚或释放内封物质，如药物或对比剂。例如：
药物释放纳米颗粒：使用Ag2S纳米颗粒包裹药物，当环境pH降低时，颗粒释放药物并增强光声信号，同时提高肿瘤光热治疗效率。
双响应系统：如聚乙二醇-聚丙烯酰胺共聚物纳米颗粒，可在激光加热与酸性pH下共同作用释放药物，实现多模式联合治疗。
3. 质子化效应
酸性pH可诱导分子结构的质子化，导致光吸收谱变化。以下实例验证了其潜力：
基于聚苯胺的纳米颗粒：在酸性环境中发生结构转换，从而产生红移并显著提高PA信号强度。
OctaNPs纳米颗粒：通过酸性响应增强在第二近红外区域（NIR-II）内的吸光特性，实现深部组织的高对比成像。
多波长比率光声成像
多波长光声成像技术通过分析不同波长的信号比值，提高了目标检测的准确性。例如：
双功能纳米颗粒：结合pH活性染料和pH惰性染料的系统，允许在酸性环境中实现高精度比率分析。
PDI基平台：将光热治疗与光声成像结合，在肿瘤治疗和监测中展现了独特优势。
临床挑战与未来发展
尽管pH敏感光声成像展现了巨大潜力，但其临床转化仍面临挑战，包括：
生物相容性与毒性：需要优化纳米颗粒的生物安全性以满足临床标准。
成像深度与精度：需开发更高效的激光和声学探测技术，以突破现有的组织深度限制。
多功能集成：结合人工智能和GPU加速计算技术，提升成像的实时性与准确性。
此外，PAI系统的便携化和扫描速度提升也将是未来研究的重点。通过改进多元素阵列换能器，可以实现实时3D成像，从而提高临床应用的可操作性。
结论
文章全面总结了pH敏感光声传感器的设计与应用，为肿瘤的高灵敏度检测与治疗提供了新思路。随着纳米技术、成像系统以及算法的不断发展，pH敏感光声成像有望在癌症诊断和治疗中发挥更重要的作用。
参考文献
Kye, Hyunjun, Dongyoung Jo, Sanghwa Jeong, Chulhong Kim, and Jeesu Kim. "Photoacoustic Imaging of pH-Sensitive Optical Sensors in Biological Tissues." Chemosensors 12, no. 12 (2024): 257.
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我是超哥，超声行业17年老伙计，做过研发，搞过生产，趟过市场，开过（在开）公司；越野跑爱好者；工作狂；沟通粗暴直接；严苛完美主义者；起伏皆为过往；信奉长期主义和第一性原则；欢迎来聊来组局...
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