研究成果：超分辨率成像精確穿透深層組織，超越衍射極限提升至20微米

想象一束光穿透小鼠皮層，不僅照亮毫米級血管，還能捕捉微米級毛細血管的動態——這并非科幻，而是2025年《Theranostics》期刊最新研究帶來的突破。瑞士蘇黎世大學與蘇黎世聯邦理工學院的研究團隊開發了一種新型無核聚電解質微膠囊（MCs），其負載氧化鐵納米顆粒（FeNP）和吲哚菁綠（ICG），顯著提升了定位光聲層析成像（LOT）的性能。該微膠囊通過層層自組裝技術合成，尺寸約4.0±0.5微米，具備強光聲信號、良好生物相容性及超45分鐘的長循環時間。實驗證明，MCs可突破傳統聲學衍射極限，實現深層組織微血管網絡的超分辨率成像（分辨率達20微米），并在腦、睪丸及腫瘤模型中驗證了其多參數成像能力（如血流方向、速度及氧合圖譜）。

相關成果以《Large-scale super-resolution optoacoustic imaging 
facilitated by FeNP/ICG-loaded coreless polyelectrolyte microcapsules》為題，于2025年5月發表于《Theranostics》。通訊作者為Daniel Razansky與Xosé Luis Deán-Ben。

重要發現
01微膠囊設計與生物相容性
研究團隊采用鈣碳酸鹽（CaCO₃）模板合成MCs：
結構設計：以CaCO₃為核心，依次包裹聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）、聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）、FeNP及ICG，最終溶解核心形成空心結構。

光學與生物特性：紫外-可見-近紅外光譜顯示MCs在800nm處吸收顯著（ICG貢獻），體外細胞實驗（CHO細胞）證實濃度低于2×10⁹/mL時無毒性。小鼠體內實驗顯示，注射后11天血液生化指標無異常，驗證了其生物安全性。

運動對比光聲成像（MC-OA）：
通過奇異值分解（SVD）過濾靜態組織信號，動態追蹤流動MCs，顯著提升微血管可見性。

腦成像中，小鼠皮層穿透血管的可見性較傳統OAT提升2.5倍，血管長度、分支點數量等參數顯著增加。

定向運動對比成像（DMC-OA）：
基于相位分析區分血流方向（朝向/背離探頭），精準繪制腦皮層血流網絡。

超分辨率定位成像（LOT）：
通過單粒子定位與追蹤生成點云，突破聲學衍射極限，清晰呈現20微米級微血管。

結合粒子追蹤生成速度圖譜（平均血流速6.9mm/s），并整合多光譜數據解析氧飽和度。

睪丸與腫瘤模型：
睪丸成像中，LOT清晰顯示向心動脈與提睪肌動脈，為生殖系統疾病研究提供新工具。

腫瘤模型（U-87MG膠質瘤）中，MCs揭示瘤內新生血管及動靜脈畸形，助力抗血管生成治療評估。

創新與亮點
01破解深度-分辨率矛盾
傳統OAT受限于聲學衍射（~100微米分辨率）及有限視角偽影。MCs通過兩大機制突破瓶頸：

打破血液吸收連續性：流動MCs產生稀疏光聲信號，克服了血紅蛋白連續吸收導致的血管模糊，使穿透血管在有限視角下清晰可見。

聲學超分辨：LOT基于單粒子定位原理，將分辨率提升至20微米（超越衍射極限5倍），首次實現深層組織（3–4mm）微血管動態追蹤。

全景掃描策略：利用MCs長循環特性，通過9點位掃描拼接實現全腦覆蓋，為神經血管疾病提供全景視圖。

跨尺度成像適配性：從微血管（睪丸/腫瘤）到全器官（腦），技術可擴展至淺表腫瘤、外周血管疾病及內窺鏡應用。

總結與展望
本研究開發的FeNP/ICG負載微膠囊，通過增強光聲信號與延長循環時間，成功實現了深層組織微血管的超分辨率、多參數動態成像。其在腦、睪丸及腫瘤模型中的驗證，不僅攻克了傳統成像的深度-分辨率矛盾，更開創了血管動力學量化分析的新范式。未來，通過優化MCs材料（如可降解聚電解質）及激發波長（如1064nm以提升穿透性），技術有望進一步拓展至臨床淺表病變診斷。結合超聲內窺鏡與磁共振等多模態成像，該平臺或將成為神經科學、腫瘤學及生殖醫學研究的變革性工具，為精準醫療提供前所未有的微觀視野。

Nozdriukhin D, Lyu S, Razansky D, Deán-Ben XL. Large-scale super-resolution optoacoustic imaging facilitated by FeNP/ICG-loaded coreless polyelectrolyte microcapsules. Theranostics. 2025 May 25;15(13):6412-6427. 

DOI:10.7150/thno.112050.