《金納米顆粒光聲效應研究與光纖超聲探針製備》是依託哈爾濱工業大學，由高仁喜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金納米顆粒光聲效應研究與光纖超聲探針製備
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：高仁喜
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金納米顆粒的光致超音波效應在醫學檢測領域中具有潛在套用前景，已成為當前研究熱點之一。光聲效率轉換的大小是決定該研究方向能否最終走向實用化的關鍵所在。在本項目中，我們將在詳細研究金納米顆粒光聲效應的各物理過程基礎上，給出光聲效率與多物理因素的清晰物理圖像，找到提高光聲效率的最佳化途徑。具體研究內容為：首先從理論上模擬和實驗測量金納米顆粒的SPR吸收情況，並考慮非線性光吸收效應，確定最佳顆粒形貌和尺寸分布；通過泵浦探測技術和雙溫度模型詳細研究金納米顆粒中的能量弛豫過程，獲得金納米顆粒的溫度-時間關係；採用經典熱傳播模型分析超音波的形成過程，通過水聽器測量光致超音波脈衝波形和強度情況，最終獲得光聲效率和多物理因素的關係；將金納米顆粒的光聲效應和光纖技術相結合，把滿足最佳化條件的金納米顆粒溶液密封到光纖微腔中，製備出光纖超聲探針-微型超音波源。該研究將為解決微小空間的高分辨超聲探測提供有力的技術支持。
結題摘要
金納米顆粒的光聲效應現象中包含著豐富的物理過程。雷射照射到金納米顆粒上，首先發生的物理過程是金納米顆粒中的自由電子對光的表面電漿共振SPR吸收，引起金納米顆粒球本身溫度的升高，緊接著開始向周圍介質進行熱傳播。如果周圍的介質為液體時有可能會產生液體汽化形成空泡，空泡的振蕩產生壓力波向外界輻射超音波；如果溫度升高不足以引起空化現象時，則使周圍介質熱膨脹振蕩產生超音波。因此，金納米顆粒的光聲現象為典型多物理和多尺度交叉問題。需要對各種條件下的物理效應進行詳細研究。本項目主要從3個角度對雷射與金納米顆粒的相互作用展開了一系列的詳細研究，研究要點如下：1，金納米顆粒的局域表面等離子共振（SPR）光學性質研究詳細研究了顆粒尺寸、周圍介質折射率、空泡包覆的核殼結構、多顆粒團聚引起的SPR共振耦合現象等光學性質。為獲得金納米顆粒的光譜曲線回響、光吸收效率等參數提供了理論依據。2，金納米顆粒的光熱現象研究和光熱轉換效率的實驗測量研究了金納米顆粒在連續波雷射照射下和脈衝雷射照射下的熱力學過程。理論模擬了金納米顆粒的溫度變化過程和周圍介質的溫度場的時間演變過程。建立了測量金納米顆粒光熱轉換效率的理論模型，實驗上測量了光熱轉換效率值在0.7左右。研究結果表明，金納米顆粒本身的溫度可瞬間上升到很高的溫度，並隨入射功率的變大顆粒溫度上升值變大。顆粒的溫度上升和下降變化動態過程在納秒量級。金納米顆粒對周圍介質的溫度影響區在幾十納米到幾百納米尺寸範圍。這些結果為光治療提供了重要的物理依據和參考。3，金納米顆粒的光聲效應研究和光纖超聲探針的製備詳細研究了脈衝雷射照射金納米顆粒的光聲現象。對由於顆粒周圍產生空泡振盪導致超音波發生的這種情況，通過瑞利-普拉斯特方程和聲波方程分析了顆粒尺寸、入射脈衝能量對產生空泡的振盪過程影響和單顆粒產生超音波形的影響。在相干疊加條件下，模擬了光輻照區中大量顆粒產生的超聲脈衝波形疊加效果，與實驗測量結果相一致。製備了含金納米顆粒的聚二甲基矽氧烷薄膜材料，採用熱彈性膨脹機制研究了光致超音波產生情況。採用顆粒沉積法和提拉法製備了光纖超聲發射探針，對其進行了實驗測量，發現產生的超音波效率與光纖頭上的膜厚、顆粒濃度等有密切關係，存在最最佳化參數。這些工作可為金納米顆粒在光聲增強成像、光致超聲衝擊波破壞單個細胞、光纖超聲微發射探針等方面提供理論基礎支持。
