东京大学的研究人员将拉曼光谱的测量速率提高了100倍，从而推动了拉曼光谱在生物医学诊断和材料分析领域的应用。这一创新是通过将相干拉曼光谱、专门设计的超短脉冲激光和时间拉伸技术相结合而实现的，为高通量、无标记化学成像提供了新的可能性。
科学家成功地将拉曼光谱的测量速度提高了 100 倍，拉曼光谱是一种广泛用于识别分子的技术。 东京大学光子科学与技术研究所的研究人员 Takuma Nakamura、Kazuki Hashimoto 和 Takuro Ideguchi 实现了这一突破。 拉曼光谱通常用于测量分子的"振动指纹"，从而帮助识别分子。
这一重大改进解决了该技术在速度方面长期存在的局限性，为生物医学诊断和材料分析等依赖于快速分子和细胞识别的领域的进步打开了大门。 这项研究于10月22日发表在《超快科学》杂志上。
专门设计和制造的拉曼光谱仪的图像，其性能比其他系统高出 100 倍。 图片来源：Nakamura et al 2024
拉曼光谱通过识别各种类型的分子和细胞，在基础科学和应用科学中发挥着至关重要的作用。 当激光束与分子相互作用时，会引起分子键的振动和旋转，从而导致光的频率发生偏移。 这种移动被称为散射光谱，形成了每个分子独特的"振动指纹"。
"测量是科学的基础，"这项研究的主要研究者 Ideguchi 说，"因此，我们努力实现测量系统的最高性能。 特别是，我们致力于推动光学测量的发展。"
由于拉曼光谱是一种被广泛使用的测量技术，因此人们一直在努力改进它。 其主要限制因素之一是测量速率，这使得它无法"跟上"某些化学和物理反应的变化速度。 研究小组决定从头开始建立一个系统，以提高测量速率。
Ideguchi 说："十多年来，我一直在考虑这个想法，但一直未能启动这个项目。正是我们几年前开发的新型最佳激光系统，才最终使项目取得进展成为可能。"
研究人员利用自身在光学和光子学方面的专业知识，将以下三个要素结合在一起：相干拉曼光谱（一种能产生比传统自发拉曼光谱更强信号的拉曼光谱）、专门设计的超短脉冲激光器以及使用光纤的时间拉伸技术。 结果，他们实现了 50MS谱/秒（兆谱/秒）的测量速度，与迄今为止最快的 50kS谱/秒（千谱/秒）测量速度相比，提高了 100 倍。 Ideguchi 描述了这一改进的广泛潜力。
"我们的目标是将我们的光谱仪应用于显微镜，通过拉曼散射光谱捕捉二维或三维图像。 此外，我们还设想通过将这项技术与微流体技术相结合，将其用于流式细胞仪。 这些系统将能对细胞或组织中的生物分子进行高通量、无标记的化学成像和光谱分析。
编译自/SciTechDaily