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。

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。

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。

具备高光吸收能力和良好的生物相容性的等离子纳米探针在光声分子成像中得到了广泛应用。理论分析发现, 由于纳米探针的小尺寸效应, 其比表面积急剧增大, 致使其光、热性质及光声能量转换机制对尺寸具有强烈依赖性。本文利用有限元分析的方法, 以金纳米球和金纳米棒为例, 定量讨论了浸没在水中具有不同尺寸的纳米探针在受到脉冲激光照射时的光学吸收、温度场分布及热膨胀随时间演绎的过程, 并获得了尺寸在20-150 nm范围内探针光声转换效率对尺寸的依赖关系。结果表明:纳米探针的光-声转换效率对尺寸有较强的依赖性, 金纳米球和金纳米棒在20-150 nm范围内均存在最佳尺寸使得光声转换效率最大。定量评价金纳米粒子光声转换效率的尺寸效应为指导通过优化纳米探针尺寸实现构建高效率光声探针提供了理论依据。

基于硅的电化学腐蚀基理, 通过电化学阳极氧化法制备多孔硅结构, 用扩散限制模型和Si的氧化原理来探究阳极氧化条件对多孔硅性质的影响。首先, 研究HF对多孔硅孔隙率和刻蚀速率以及腐蚀界面的粗糙度的影响, 然后研究了在不同电流密度时多孔硅的刻蚀特性。结果表明, 在HF(49 wt.%)与乙醇的体积比为2:3的电解液中刻蚀多孔硅时, 随电流密度的增大, 多孔硅结构的孔隙度及刻蚀速率均逐渐增大；在电流密度为55 mA/cm2时, 刻蚀速率随电解液中HF体积含量的增大而增大, 多孔硅的孔隙度随HF体积含量的增大而减小；多孔硅-硅的界面粗糙度随电流密度和HF体积含量的增大而增大, 在HF与乙醇的体积比高于3:2时多孔硅-硅的界面粗糙度很大, 而且多孔硅膜层发生龟裂现象, 这将严重影响多孔硅光学器件的发光质量。