由于组织中的异常温度变化常常与疾病的出现和发展密切相关，因此温度响应型纳米材料作为造影剂的巨大潜力可推动光声成像领域的研究和发展。然而，目前成像研究中存在着两个重大的问题还有待解决：一是过高的转变温度超过了人类可承受的范围；二是目前所报道的温度敏感纳米体系都依赖于不可逆地释放光学吸收剂来提供成像效果。这些问题的存在阻碍着光声成像的实际应用，使其无法进行有效成像和长期监测。

近期，华南师范大学的邢达教授、石玉娇博士等人报道了一种高性能、可逆的温度响应性聚乙二醇（PEG）涂层掺钨二氧化钒（W-VO2@PEG)纳米探针，其在近人体温度下具有强大且可切换的近红外II区（NIR-II，1000–1700 nm）的光声造影效果，可实现深度造影增强的光声成像。通过对小鼠肿瘤进行光声成像，验证了其临床应用的可行性。这些结果表明，W-VO 2@PEG纳米探针可以作为可靠的光声造影剂，用于提高成像深度的动态对比增强光声成像。相关工作以“Human-Body-Temperature Triggerable Phase Transition of W-VO2@PEG Nanoprobes with Strong and Switchable NIR-II Absorption for Deep and Contrast-Enhanced Photoacoustic Imaging”为题发表在ACS Nano。

【文章要点】

一、纳米探针的构建

二氧化钒是一种典型的热致变色材料，其在高温区域可表现出增强的光吸收。得益于其温度响应性的物理特性，二氧化钒已在电子设备和光开关中得到广泛应用。然而，二氧化钒纳米颗粒由于其相对较高的相变温度（ T C约为68℃）和较差的生物相容性，不适合直接应用于生物领域。因此在本研究中，为了孵育其高性能生物应用的能力，作者首先将掺杂浓度约为4%的钨（W）掺杂策略引入二氧化钒纳米颗粒，以将其相变温度降低至接近人体温度（图1）。更有趣的是，钨掺杂不仅降低了二氧化钒的相变温度，还带来了更多的自由电子可进一步增强其近红外吸收能力。进一步地，作者再用PEG包裹W-VO 2 纳米颗粒，可增强其在水溶液中的均一单分散性。

图1纳米探针的制备及其成像示意图

二、光声成像

进一步的成像研究表明，当温度从35℃升高到45℃时，W-VO 2@PEG纳米探针在 1064 nm处的的光声信号放大幅度增加可高达260%。而在在10个温度周期后，信号波动幅度则小于10%，因此该纳米探针可在深部组织中实现“从开到关”的动态造影增强成像。在组织模拟模型和离体鸡胸上的实验表明，通过将W-VO 2@PEG纳米探针和使用外部近红外光学刺激动态调制的温度场进行结合，可以获得对靶标造影增强的光声图像，其成像深度最高可达1.5 cm（图2）。此外，该“可开关”可逆纳米探针与传统的“常开”纳米探针也进行了性能比较，证明了温度响应的W-VO 2@PEG纳米探针在检测和识别深部肿瘤方面更具应用潜力。

图2纳米探针的深部成像

文献链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c07511

来源：高分子科学前沿

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