[发明专利]基于微纳马达的光声信号检测与成像方法

说明书

本发明涉及微纳马达应用领域，特别是涉及一种基于微纳马达的光声信号检测与成像方法，包括：S1：准备用于检测与成像的基于微纳马达的光声信号检测与成像系统；S2：电磁线圈产生磁场对微纳马达进行驱动和导向；S3：通过纳秒脉冲近红外激光光源对微纳马达进行照射，基于光热转换金属层的等离激元效应会激发周围液体的热弹性膨胀，周期性照射微纳马达产生光热转换，产生超声波光声信号；S4：超声波探测器检测接收超声波光声信号后，超声波光声信号经放大、滤波后传递信号至已启动的图像重构电脑进行算法成像。本发明可实现微纳马达在生物体内的跟踪定位成像，突破了微纳马达在生物体内难以跟踪成像的技术瓶颈。

技术领域

本发明涉及微纳马达应用领域，特别是涉及一种基于微纳马达的光声信号检测与成像方法。

背景技术

2004年,第一个完整的化学催化型微纳马达诞生——Au/Pt的双金属纳米线,通过Pt催化消耗过氧化氢燃料,从而驱动马达。此后十几年内人们对微纳马达的驱动方式有了更加深入的了解，不只在化学驱动的微纳马达上硕果累累，另外还有外场驱动，诸如外磁场、电场、超声场、光等也发现很多新型马达。这些外场驱动的马达对于微纳马达在生物体内的应用极其重要，因其不像化学驱动的微纳马达需要化学燃料，故可应用于生物体内的药物运输，生物传感以及微修复等。

外场驱动中的磁场驱动具有最大的生物应用前景，就目前所知，磁场驱动的方式主要有螺旋推进型、摆动型以及表面作用驱动型。综合来看，前两种微纳马达主要是利用电沉积或者微纳米加工等手段来进行制备，制备过程较为复杂，而后很多研究学者根据类似旋转运动的方法开辟了一种新的微纳马达制备方法，即表面作用驱动型。但制得的马达驱动速度较低。

而近年来微纳米研究领域更是如日中天，蓬勃发展，很多大奖均颁发给业界知名的研究者，如2016年的诺贝尔化学奖颁发给了分子机器人的研究者。

而其他先进技术的发展也为微纳马达在生物体内的应用提供了可能性，如近年发展起来的光声成像技术。光声成像是利用物质的光声效应来成像的技术，当光热转换效率高的物质在纳秒脉冲激光照射下时会使周围的液体产生热弹性膨胀，周期性的调制入射脉冲激光实现周期性产生热弹性膨胀从而产生光声信号，经过超声波探测器检测产生的光声信号并进行图像重构。光声成像技术可分为三类：光声断层成像(photoacoustictomography,PAT)、光声显微成像(photoacoustic microscopy,PAM)以及光声内窥成像(intravascular photoacoustic imaging，IVPAI)。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微纳马达的光声信号检测与成像方法，可实现微纳马达在生物体内的跟踪定位成像，突破了微纳马达在生物体内难以跟踪成像的技术瓶颈。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

基于微纳马达的光声信号检测与成像方法，所述基于微纳马达的光声信号检测与成像方法包括：

S1：准备用于检测与成像的基于微纳马达的光声信号检测与成像系统，该系统包括由一侧半球面上依次溅射铁磁性金属层和光热转换金属层的基体球体构成的微纳马达、盛装去离子水的容器、纳秒脉冲近红外激光光源、超声波探测器、功率放大器、滤波器、电磁线圈和装有成像算法软件的图像重构电脑；所述微纳马达位于容器内；所述超声波探测器的输出端电连接功率放大器的输入端；所述功率放大器的输出端电连接滤波器的输入端；所述滤波器的输出端电连接图像重构电脑；所述纳秒脉冲近红外激光光源、超声波探测器和电磁线圈分别电连接电源；

S2：启动电磁线圈，电磁线圈产生磁场对微纳马达进行驱动和导向；

S3：启动纳秒脉冲近红外激光光源，通过纳秒脉冲近红外激光光源产生的纳秒脉冲近红外激光对微纳马达进行照射，基于光热转换金属层的等离激元效应会激发周围液体的热弹性膨胀，周期性照射微纳马达产生光热转换，产生超声波光声信号；