科學(xué)家將拉曼光譜的測量速率提高100倍

東京大學(xué)光子科學(xué)與技術(shù)研究所的研究人員 Takuma Nakamura、Kazuki Hashimoto 和 Takuro Ideguchi 將拉曼光譜的測量速率提高了100倍，拉曼光譜是一種測量分子 “振動指紋”以識別分子的常用技術(shù)。

由于測量速率一直是一個主要的限制因素，這一改進(jìn)有助于在許多依賴于識別分子和細(xì)胞的領(lǐng)域（如生物醫(yī)學(xué)診斷和材料分析）取得進(jìn)展。研究結(jié)果發(fā)表在《超快科學(xué)》（Ultrafast Science）雜志上。

圖片:搜狗截圖20241027200112.png

專門設(shè)計和制造的拉曼光譜儀的圖像，其性能比任何其他系統(tǒng)高出100倍。

識別各類分子和細(xì)胞是基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的關(guān)鍵步驟。為此，拉曼光譜是一種廣泛使用的測量技術(shù)。當(dāng)激光束投射到分子上時，光線會與分子鍵的振動和旋轉(zhuǎn)相互作用，從而改變散射光的頻率。由此測得的散射光譜就是分子獨(dú)特的 “振動指紋”。

這項(xiàng)研究的主要研究者 Ideguchi 說：“測量是科學(xué)的基礎(chǔ)，因此，我們努力實(shí)現(xiàn)測量系統(tǒng)的最高性能。特別是，我們致力于突破光學(xué)測量的極限�！�

由于拉曼光譜是一種廣泛使用的測量技術(shù)，因此人們一直在嘗試改進(jìn)它。其主要限制因素之一是測量速率，使其無法 “跟上”某些化學(xué)和物理反應(yīng)的變化速度。研究小組開始從零開始建立一個系統(tǒng)，以提高測量速率。

Ideguchi 說："這個想法我已經(jīng)考慮了十多年，但一直未能啟動這個項(xiàng)目。正是我們幾年前開發(fā)的新型最佳激光系統(tǒng)，才最終使項(xiàng)目取得進(jìn)展成為可能"。

研究人員利用自身在光學(xué)和光子學(xué)方面的專業(yè)知識，將三種成分結(jié)合在一起：相干拉曼光譜（拉曼光譜的一種，與傳統(tǒng)的自發(fā)拉曼光譜相比，它能產(chǎn)生更強(qiáng)的信號）、專門設(shè)計的超短脈沖激光器以及使用光纖的時間拉伸技術(shù)。

結(jié)果，他們實(shí)現(xiàn)了50MS譜/秒（兆譜/秒）的測量速度，與迄今為止最快的 50 kSpectra/秒（千譜/秒）測量速度相比，提高了100倍。Ideguchi 描述了這一改進(jìn)的廣泛潛力。

“我們的目標(biāo)是將我們的光譜儀應(yīng)用于顯微鏡，通過拉曼散射光譜捕捉二維或三維圖像。此外，我們還設(shè)想通過將這項(xiàng)技術(shù)與微流體技術(shù)相結(jié)合，將其應(yīng)用于流式細(xì)胞儀。這些系統(tǒng)將能夠?qū)��?xì)胞或組織中的生物分子進(jìn)行高通量、無標(biāo)記的化學(xué)成像和光譜分析。

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論文鏈接：https://doi.org/10.34133/ultrafastscience.0076