Nature子刊文章分享：超声共振激活碳纳米点实现超长余辉成像
活体影像的材料设计长期面临需要同时实现长时程发光、高发光强度和深层组织激活能力的挑战。而近期郑州大学学者发表在《Nature Communications》上的一篇论文论证了其所设计的一种超声诱导的碳纳米点（CDs）探针可同时具备这三种能力。
文中，作者首先论证了使用的碳纳米点材料p-CD的体外基本性能，可以发现超声诱导后材料的余辉发射光谱中心为670nm，在使用1MHz标准的超声频率下，超声功率的增强、超声诱导时间的延长、负载比的增加都会使p-CD的余辉发射强度显著增强。分别使用光照射和超声诱导，对比观测p-CD的余辉240min内的信号强度，余辉寿命达57和52分钟。
作者进一步比较了p-CD在超声诱导（1 MHz，2W cm-2, 1 min）和光激活下（660 nm, 2W cm-2，1min或2min）的余辉表现，结果表明，同为1min的条件下，超声诱导的余辉强度是光激活的1.5倍，光激活2min才能达到超声诱导1min的余辉强度。HeLa细胞经0.2-1.0 mg/mL p-CD处理后近100%的存活率证明了其高生物相容性。
为进一步了解生物体厚度对p-CD余辉的影响，使用不同厚度的鸡肉组织对超声诱导、光激发、荧光激发三种模式对比测试，结果表明p-CD无需实时激发光，且能避免背景光干扰，在组织穿透中表现优于荧光成像，超声共振余辉的穿透深度达到2.5厘米，超过了光激活余辉的2.0厘米。这些结果清楚地强调了超声共振余辉在深层组织成像中的优势。
作者希望进一步通过活体实验，验证p-CD产生的超声共振余辉具有卓越的发光性、生物相容性及深层组织穿透性，并使其在体内生物成像和肿瘤切除指导中具备可行性。对小鼠进行了超声共振余辉、光激活余辉和荧光成像三种模式的验证。结果显示在相同条件下，超声共振余辉产生的体内余辉信号比光激活余辉更强。超声共振余辉的信噪比计算高达11.5，比荧光成像高出6.8倍，比光激活余辉高1.9倍。
此外，在将p-CD皮下注射到肿瘤部位后，研究了肿瘤成像在相同条件下对超声共振余辉和光激活余辉的耐久性。肿瘤表现出明显的余辉信号，显示出持续的肿瘤余辉成像能力，一次超声治疗后，肿瘤余辉信号持续超过60分钟。
在本文中，郑州大学的学者开创了“共振放大余辉”范式，通过超声共振激活CD余辉，并使用瑞孚迪（Revvity）IVIS系统完成体外孔板余辉信号和活体小鼠体内余辉、荧光信号的捕获及定量，论证了此新方法克服了传统光激活的局限性，如组织穿透力有限、亮度较低和持续时间等问题。在生物医学应用中，该技术实现小鼠高信噪比肿瘤成像，并实现超过60分钟的连续信号跟踪和在酸性和金属离子富集环境中保持稳定，建立了非侵入性和超灵敏生物成像的新平台。
参考文献
Zheng G S, Lou Q, Shen C L, et al. Frequency resonance amplification in ultrasound-induced long-lasting afterglow[J]. Nature Communications, 2026.
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