光致超聲,基于光聲效應,利用光作為激勵源產生超聲。根據新思界產業研究中心發布的
《2025-2030年中國光致超聲行業市場深度調研及發展前景預測報告》顯示,傳統超聲利用電作為激勵源產生超聲,光致超聲利用激光照射光致超聲材料獲得超聲,與前者相比,其器件具有體積小、無電磁干擾、無需電連接等優點,是一種新興超聲技術,在醫學領域可以應用在醫學成像、超聲治療、神經刺激、藥物遞送等領域,開發熱情高。
從醫學成像方面來看,光致超聲利用生物組織的光學吸收特性,當生物組織受到激光照射時,將光能轉化為熱能,引起局部壓力上升,產生超聲波,通過探測超聲信號獲得圖像,具有高空間分辨率、高對比度優點。
從神經刺激方面來看,高精度神經調節可以治療神經系統疾病,例如帕金森、癲癇等,這類疾病通常利用開顱手術置入電刺激器,手術風險大且調節精度有限,需要新型、非侵入性、高精度神經調節工具,光致超聲可以實現高精度神經刺激,提高治療效果。
2022年,波士頓大學團隊研發了一種用于無創神經刺激的高精度光致超聲(低于0.1mm),通過小鼠模型成功實現利用非遺傳途徑進行超高精度的無創神經調節,相關研究成果發表于《Light: Science & Applications》。
光致超聲基于光致超聲換能器來實現,光致超聲換能器是光驅動器件,利用脈沖激光照射光致超聲材料產生超聲信號,光致超聲材料是重要組成部分。目前較為常見的光致超聲材料主要是光吸收材料與聚二甲基硅氧烷(PDMS)復合制成,光吸收材料將光能轉化為熱能,PDMS將熱能轉換為聲能。光吸收材料通常是無機材料,例如金納米顆粒、碳納米管、還原氧化石墨烯等。為進一步提高能量轉換效率,光致超聲材料技術研究還在不斷深入。
2019年,華中科技大學團隊采用金納米顆粒修飾的自編織碳納米管布與PDMS復合,獲得了freestanding的Au-CNT yarn-PMDS/PMDS光致超聲換能器結構,光聲轉化效率達到了2.74×10-2,相關研究成果發表于《Nano Energy》。
新思界
行業分析人士表示,2024年8月,在我國工信部關于發布國家重點研發計劃“高性能制造技術與重大裝備”等16個重點專項2024年度項目申報指南的通知中,提出針對物理化學微反應器、器官芯片、精確治療、先進檢測儀器等對光致超聲驅動材料的需求,開發適用于不同應用場景的光致超聲驅動材料及其可控合成工藝技術。總的來看,光致超聲技術開發受到科研機構以及政府重視,擁有良好發展潛力。