科学家将拉曼光谱的测量速率提高100倍

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 将拉曼光谱的测量速率提高了100倍，拉曼光谱是一种测量分子 “振动指纹”以识别分子的常用技术。

由于测量速率一直是一个主要的限制因素，这一改进有助于在许多依赖于识别分子和细胞的领域（如生物医学诊断和材料分析）取得进展。研究结果发表在《超快科学》（Ultrafast Science）杂志上。

图片:搜狗截图20241027200112.png

专门设计和制造的拉曼光谱仪的图像，其性能比任何其他系统高出100倍。

识别各类分子和细胞是基础科学和应用科学的关键步骤。为此，拉曼光谱是一种广泛使用的测量技术。当激光束投射到分子上时，光线会与分子键的振动和旋转相互作用，从而改变散射光的频率。由此测得的散射光谱就是分子独特的 “振动指纹”。

这项研究的主要研究者 Ideguchi 说：“测量是科学的基础，因此，我们努力实现测量系统的最高性能。特别是，我们致力于突破光学测量的极限。”

由于拉曼光谱是一种广泛使用的测量技术，因此人们一直在尝试改进它。其主要限制因素之一是测量速率，使其无法 “跟上”某些化学和物理反应的变化速度。研究小组开始从零开始建立一个系统，以提高测量速率。

Ideguchi 说："这个想法我已经考虑了十多年，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，将三种成分结合在一起：相干拉曼光谱（拉曼光谱的一种，与传统的自发拉曼光谱相比，它能产生更强的信号）、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 50 kSpectra/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，将其应用于流式细胞仪。这些系统将能够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。

相关链接：https://phys.org/news/2024-10-scientists-successfully-raman-spectroscopy.html

论文链接：https://doi.org/10.34133/ultrafastscience.0076