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  光學成像可以實時觀察和表征生物體內的各種生理和病理過程，具有高的時空分辨率。在現有的光學成像技術中，光聲(photoacoustic, PA)成像是一種將光學激發與超聲檢測相結合的新興無創混合成像技術。在成像過程中，光聲造影劑吸收非電離脈沖激光并轉換為熱，通過熱彈性膨脹產生聲波。利用寬頻超聲換能器對這些聲波進行檢測，根據聲波到達時間即可構建光聲圖像。與光子相比，聲子在生物組織中的散射更小，因此光聲成像具有高組織對比度、高空間分辨率和深層成像的優勢。根據Jablonski圖，造影劑吸收的激發光主要通過三個途徑消散：熒光發射、隙間竄越（磷光）和無輻射熱失活，其中光聲信號的產生依賴于非輻射熱失活途徑。在造影劑無磷光發射的前提下，熒光發射途徑與非輻射熱失活途徑存在競爭關系，以此確定熒光信號和光聲信號的強度。因此，猝滅熒光進而促進非輻射熱失活來放大光聲信號是一種可行的策略。光熱治療(photothermal therapy, PTT)是指造影劑在外部光源的照射下將光能轉化為熱能進而殺死癌細胞的一種治療方法。由于光聲信號強度和光熱治療性能都是由材料光熱轉換效率決定的，因此造影劑的光聲成像的信號強度和光熱治療性能是相一致的。

  近紅外二區窗口(NIR-II, 1000-1700 nm)的造影劑對血紅蛋白、脂類和皮膚等生物組織的吸收較低，減少了與組織的光相互作用，從而提高了光聲成像的信噪比(signal-noise ratio, SNR)和組織穿透深度。此外，與NIR-I區光相比，皮膚對NIR-II區激光的最大允許照射量(maximum permissible exposure, MPE)要高得多，因此可以使用更高的激光功率進行光聲成像和光熱治療，從而可以進一步增強光聲成像與光熱治療效果。

  半導體聚合物納米材料(semiconducting polymer nanoparticles, SPNs)是由光活性半導體共軛聚合物(semiconducting polymers, SPs)制成的一類新興有機造影劑。SPNs的光學性質主要取決于SPs的π電子離域化學結構，因此可以通過合理的結構設計來調控其光學性能。此外，SPNs通常具有較大的摩爾吸光系數、優異的光穩定性和可控的尺寸。迄今為止，SPNs已被用于熒光成像、化學發光成像、余輝成像、光聲成像、光動力治療和光熱治療等一系列光學應用。與無機造影劑如貴金屬納米材料不同，SPNs是由生物惰性的有機材料組成，潛在地避免了金屬離子誘導的生物毒性的問題，具有良好的生物相容性。此外，與其他造影劑（如單壁碳納米管和金納米材料相比，SPNs具有較高的光聲強度、光熱轉換效率以及光熱穩定性。因此，SPNs是光聲成像和光熱治療的理想材料。

  南京大學化學化工學院甄敘-蔣錫群團隊與南洋理工大學浦侃裔團隊系統評述了半導體聚合物納米材料在光聲成像信號放大和近紅外二區光聲成像和光熱治療方面研究的最新進展。該論文首先討論了SPNs 光聲信號放大的四種設計策略包括結構-性能篩選策略、熒光猝滅策略、加速散熱策略和尺寸依賴的散熱策略；接著分別闡述了SPNs在近紅外二區光聲成像和光熱治療上的應用，重點強調了近紅外二區激光對診療深度的提高；最后對該領域當前面臨的挑戰和前景進行了總結和展望：SPNs在體內的長期安全性有待進一步研究，開發具有腎臟清除或生物降解能力的SPNs是加速機體清除的一種選擇。此外，目前用于SPNs 光聲成像和光熱治療的疾病模型大多為淺表腫瘤模型或腦腫瘤模型，需要建立更相關的臨床疾病模型來驗證SPNs的光聲成像和光熱治療效果，以實現潛在的臨床轉化。

圖 1：用于光聲成像和光熱治療的半導體共軛聚合物納米材料：信號放大和近紅外二區設計策略示意圖

  相關文章以“Photoacoustic imaging and photothermal therapy of semiconducting polymer nanoparticles: signal amplification and second near-infrared construction”為題，發表在Small (Small 2021, 2004723)上，文章第一作者為南京大學化學化工學院甄敘特聘研究員，通訊作者為南京大學化學化工學院蔣錫群教授和南洋理工大學化學與生物醫學工程系浦侃裔教授。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202004723

作者介紹：

  甄敘，南京大學化學化工學院特聘研究員、博士生導師。2014年博士畢業于南京大學化學化工學院(博士導師：蔣錫群教授)，隨后在新加坡國立大學化學與生物分子工程系(合作導師：Wang Chi-Hwa教授)和南洋理工大學化學與生物醫藥工程系(合作導師：浦侃裔教授)從事博士后研究。2019年加入南京大學化學化工學院高分子科學與工程系。主要研究方向為生物醫用高分子材料的設計及其在疾病診斷和治療方面的應用，具體的研究方向為半導體共軛聚合物和有機大分子光學探針的設計，并將其應用于神經退行性疾病、炎癥和腫瘤等疾病的早期診斷和治療。