【前沿速遞】拉曼光譜技術(shù)大爆發(fā)！這些最新應(yīng)用顛&覆你的認(rèn)知
引言
拉曼光譜技術(shù)正以驚人的速度滲透到科研、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域，成為分子世界的"超級(jí)偵&探"。從單細(xì)胞代謝成像到腫瘤手術(shù)精準(zhǔn)導(dǎo)航，從古文物鑒定到鋰電池優(yōu)化，拉曼光譜正在改寫多個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)！今天，我們就來(lái)盤點(diǎn)這項(xiàng)諾獎(jiǎng)技術(shù)的最新突破性應(yīng)用。
1.MHz級(jí)超快拉曼：活體代謝實(shí)時(shí)"電影"
傳統(tǒng)拉曼光譜受限于低靈敏度和慢速采集，難以捕捉生命活動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。華中科技大學(xué)王平團(tuán)隊(duì)開發(fā)的FIRE技術(shù)徹&底改變了這一局面。為腫瘤代謝研究、神經(jīng)遞質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供全新工具
技術(shù)突破
每秒百萬(wàn)光譜：采用1MHz納秒脈沖激光+光纖陣列時(shí)域延展技術(shù)，比傳統(tǒng)CCD快千倍
單光子靈敏度：硅光電倍增管(SiPM)可檢測(cè)單個(gè)拉曼光子，信噪比提升顯著
活體線蟲代謝成像：5分鐘完成整只線蟲全波段(300-4300cm?1)化學(xué)成像，清晰追蹤葡萄糖代謝路徑
應(yīng)用案例：活體線蟲代謝成像
圖1 FIRE對(duì)整只線蟲的糖代謝追蹤成像
研究團(tuán)隊(duì)僅用5分鐘就完成了整只線蟲的無(wú)標(biāo)記化學(xué)成像，清晰追蹤了D7-葡萄糖的代謝路徑。結(jié)果顯示，在daf-2突變體線蟲中，葡萄糖優(yōu)先被代謝用于皮膚增厚，而非能量供應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)為代謝疾病研究提供了全新視角。
行業(yè)影響
FIRE技術(shù)使活體實(shí)時(shí)代謝監(jiān)測(cè)成為可能，未來(lái)在腫瘤術(shù)中邊界界定、神經(jīng)遞質(zhì)動(dòng)態(tài)追蹤等領(lǐng)域潛力巨大。
圖2 MORE SERSome方法學(xué)示意圖
技術(shù)創(chuàng)新
*血清代謝物指紋解析：結(jié)合質(zhì)譜識(shí)別出麥角硫因等關(guān)鍵標(biāo)志物
*AI增強(qiáng)診斷：圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)AUC 91.5%的區(qū)分準(zhǔn)確率
*無(wú)創(chuàng)低成本：相比腦脊液檢測(cè)更易推廣
突破點(diǎn)：首&次實(shí)現(xiàn)非標(biāo)記SERS對(duì)復(fù)雜血液樣本的分子水平解析
應(yīng)用前景
該技術(shù)首&次實(shí)現(xiàn)非標(biāo)記SERS對(duì)復(fù)雜血液樣本的分子水平解析，未來(lái)可拓展至帕金森病、心血管疾病等代謝異常相關(guān)疾病的早期篩查
圖3 用于原位拉曼測(cè)量的帶三電極系統(tǒng)的電化學(xué)電池示意圖。
研究發(fā)現(xiàn)
*動(dòng)態(tài)相變觀測(cè)：首&次捕捉到LiTiO?新相的形成1
*工藝優(yōu)化指導(dǎo)：發(fā)現(xiàn)2%-5%磷摻雜可提升鋰離子傳輸速率1
*無(wú)損檢測(cè)：避免傳統(tǒng)XRD的樣品破壞
應(yīng)用前景
該技術(shù)首&次實(shí)現(xiàn)非標(biāo)記SERS對(duì)復(fù)雜血液樣本的分子水平解析，未來(lái)可拓展至帕金森病、心血管疾病等代謝異常相關(guān)疾病的早期篩查
未來(lái)展望
1.人工智能融合：深度學(xué)習(xí)破解復(fù)雜光譜的"分子密碼"
深度學(xué)習(xí)算法：如上海交大的SERSome-圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可解析復(fù)雜光譜的分子指紋
開集識(shí)別技術(shù)：中科院團(tuán)隊(duì)開發(fā)的單細(xì)胞拉曼結(jié)合開集深度學(xué)習(xí)，在復(fù)雜環(huán)境中精準(zhǔn)識(shí)別病原菌，準(zhǔn)確率達(dá)93%
從活體代謝成像到癌癥精準(zhǔn)手術(shù)，從AD早期篩查到新能源材料優(yōu)化，拉曼光譜技術(shù)正以前&所&未&有的速度推動(dòng)多個(gè)領(lǐng)域的革新。隨著AI、納米材料、單分子檢測(cè)等技術(shù)的融合，未來(lái)拉曼光譜將在精準(zhǔn)醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)質(zhì)檢等領(lǐng)域發(fā)揮更大價(jià)值！
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集成了最多達(dá)4個(gè)激光器，并結(jié)合了顯微鏡及拉曼光譜儀兩者的優(yōu)點(diǎn)，顯微拉曼檢測(cè)平臺(tái)使得“所見即所測(cè)"成為可能，可視化的精確定位拉曼檢測(cè)平臺(tái)，使得觀測(cè)者可以檢測(cè)樣品上不同表面狀態(tài)的拉曼信號(hào)，并可在計(jì)算機(jī)上同步顯示所檢測(cè)位置的微區(qū)形態(tài)，極大便利了拉曼微區(qū)檢測(cè)。
ATR8800全系列可以進(jìn)行全自動(dòng)對(duì)焦、全自動(dòng)掃描，一鍵操作，可以進(jìn)行批量實(shí)驗(yàn)、均勻性掃描等，無(wú)需等待，且可以獲得高可靠性的掃描成像拉曼數(shù)據(jù)；
ATR8800配備不同焦距的光譜儀，以達(dá)到不同分辨率的要求，ATR8800還配備專門為拉曼系統(tǒng)設(shè)計(jì)的物鏡，使得激光光斑接近衍射極限，再通過(guò)500萬(wàn)相機(jī)將焦點(diǎn)信息準(zhǔn)確直觀的顯示在電腦上?？朔似胀ǖ睦到y(tǒng)中收集拉曼信號(hào)的焦面稍高于或稍低于實(shí)際最佳焦面的問題，從而提高拉曼光譜質(zhì)量。
ATR8800完&美地解決了相機(jī)成像時(shí)光路的損失，實(shí)現(xiàn)了相機(jī)成像與拉曼信號(hào)收集的分離，從而得到最佳的信號(hào)強(qiáng)度。同時(shí)，ATR8800使用專門為顯微拉曼系統(tǒng)優(yōu)化的高性能拉曼，無(wú)論是靈敏度，信噪比，穩(wěn)定性等，都是行業(yè)領(lǐng)&先水平，為拉曼研究提供了強(qiáng)有力的保障。
