科学家成功地将拉曼光谱的测量率提高了100倍
发布时间：2024-10-24 16:42:21 阅读数： 107
特别设计和建造的拉曼光谱仪的图像，比任何其他系统都要好100倍
东京大学光子科学与技术研究所的研究人员高村拓马（Takuma Nakamura）、桥本和辉（Kazuki Hashimoto）以及出口卓郎（Takuro Ideguchi）已经将拉曼光谱的测量速率提高了 100 倍。拉曼光谱作为一种常用技术，通过测量分子的 “振动指纹” 来识别分子。由于测量速率一直是主要限制因素，所以这一改进对许多依赖于分子和细胞识别的领域的进步大有助益，例如生物医学诊断和材料分析。研究结果发表在《超快科学》杂志上。
识别各种类型的分子和细胞是基础科学和应用科学中的关键一步。拉曼光谱是一种被广泛使用的测量技术。当激光束投射到分子上时，光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。如此测量得到的散射光谱便是分子独特的 “振动指纹”。
“测量是科学的基础，” 该研究的首席研究员出口卓郎说道，“因此，我们努力在我们的测量系统中实现最高的性能。特别是，我们致力于推动光学测量的界限。”
由于拉曼光谱是一种广泛应用的测量技术，人们进行了许多改进尝试。它的主要限制因素之一便是测量速率，这使得它无法 “跟上” 一些化学和物理反应的变化速度。这个团队着手通过从头构建一个系统来提高测量率。出口卓郎表示：“我已经考虑这个想法十多年了，但一直未开始这个项目。正是我们几年前开发的新型、最佳的激光系统，最终使进展成为可能。”
利用他们在光学和光子学方面的专业知识，研究人员结合了三种成分：相干拉曼光谱，一种比传统拉曼光谱产生更强信号的拉曼光谱；自发拉曼光谱；以及专门设计的超短脉冲激光器和使用光纤的时间拉伸技术。结果，他们实现了 50 MSpectra/s（兆谱每秒）的测量速率，比迄今为止最快的 50 kSpectra/s（千谱每秒）的测量速率提高了 100 倍。出口卓郎描述了这种改进的广泛潜力。
“我们的目标是将我们的光谱仪应用于显微镜，能够捕获具有拉曼散射光谱的 2D 或 3D 图像。此外，我们设想通过将该技术与微流体相结合，将其应用于流式细胞术。这些系统将实现细胞或组织中生物分子的高通量、无标记化学成像和光谱学。”
