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【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

來源:奧譜天成(廈門)光電有限公司   2025年04月28日 17:35  

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行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn),!今天,,我們就來盤點這項諾獎技術(shù)的最新突破性應(yīng)用,。



1.MHz級超快拉曼:活體代謝實時"電影"


傳統(tǒng)拉曼光譜受限于低靈敏度和慢速采集,難以捕捉生命活動的動態(tài)過程,。華中科技大學(xué)王平團(tuán)隊開發(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)動態(tài)監(jiān)測提供全新工具


技術(shù)突破

  • 每秒百萬光譜:采用1MHz納秒脈沖激光+光纖陣列時域延展技術(shù),,比傳統(tǒng)CCD快千倍

  • 單光子靈敏度:硅光電倍增管(SiPM)可檢測單個拉曼光子,,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

  • 圖片


圖1 FIRE對整只線蟲的糖代謝追蹤成像


研究團(tuán)隊僅用5分鐘就完成了整只線蟲的無標(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)使活體實時代謝監(jiān)測成為可能,,未來在腫瘤術(shù)中邊界界定、神經(jīng)遞質(zhì)動態(tài)追蹤等領(lǐng)域潛力巨大,。


2.AD早期診斷:血液中的"分子密碼"

上海交大葉堅團(tuán)隊開發(fā)的MORE SERSome技術(shù)破解了阿爾茨海默病早期診斷難題:


圖片

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)譜識別出麥角硫因等關(guān)鍵標(biāo)志物

*AI增強診斷:圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)AUC 91.5%的區(qū)分準(zhǔn)確率

*無創(chuàng)低成本:相比腦脊液檢測更易推廣

突破點:首&次實現(xiàn)非標(biāo)記SERS對復(fù)雜血液樣本的分子水平解析


應(yīng)用前景

該技術(shù)首&次實現(xiàn)非標(biāo)記SERS對復(fù)雜血液樣本的分子水平解析,,未來可拓展至帕金森病、心血管疾病等代謝異常相關(guān)疾病的早期篩查


3.新能源材料:鋰電池的"CT掃描"


天津大學(xué)團(tuán)隊利用原位拉曼光譜揭示了磷摻雜TiO?負(fù)極的性能提升機(jī)制,。

圖片

3 用于原位拉曼測量的帶三電極系統(tǒng)的電化學(xué)電池示意圖,。


研究發(fā)現(xiàn)

*動態(tài)相變觀測: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

*無損檢測:避免傳統(tǒng)XRD的樣品破壞


應(yīng)用前景

該技術(shù)首&次實現(xiàn)非標(biāo)記SERS對復(fù)雜血液樣本的分子水平解析,未來可拓展至帕金森病,、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

開集識別技術(shù):中科院團(tuán)隊開發(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)識別病原菌,,準(zhǔn)確率達(dá)93%


2.單分子檢測:dCERS技術(shù)實現(xiàn)可重復(fù)定量,,上海交大團(tuán)隊基于單分子計數(shù)實現(xiàn)1fM級超靈敏定量,解決50年來SERS重復(fù)性難題

3.便攜化革命:手持設(shè)備檢測限已達(dá)0.1%,,中國農(nóng)大團(tuán)隊利用便攜拉曼儀實現(xiàn)水稻病害早期識別,,準(zhǔn)確率超97%。

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&有的速度推動多個領(lǐng)域的革新。隨著AI,、納米材料,、單分子檢測等技術(shù)的融合,未來拉曼光譜將在精準(zhǔn)醫(yī)療,、環(huán)境監(jiān)測,、工業(yè)質(zhì)檢等領(lǐng)域發(fā)揮更大價值,!






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奧譜天成ATR8800系列顯微拉曼光譜儀

集成了最多達(dá)4個激光器,并結(jié)合了顯微鏡及拉曼光譜儀兩者的優(yōu)點,,顯微拉曼檢測平臺使得所見即所測成為可能,可視化的精確定位拉曼檢測平臺,,使得觀測者可以檢測樣品上不同表面狀態(tài)的拉曼信號,,并可在計算機(jī)上同步顯示所檢測位置的微區(qū)形態(tài),極大便利了拉曼微區(qū)檢測,。

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ATR8800全系列可以進(jìn)行全自動對焦,、全自動掃描,一鍵操作,,可以進(jìn)行批量實驗,、均勻性掃描等,無需等待,,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)計的物鏡,,使得激光光斑接近衍射極限,再通過500萬相機(jī)將焦點信息準(zhǔn)確直觀的顯示在電腦上,??朔似胀ǖ睦到y(tǒng)中收集拉曼信號的焦面稍高于或稍低于實際最佳焦面的問題,從而提高拉曼光譜質(zhì)量,。

ATR8800完&美地解決了相機(jī)成像時光路的損失,,實現(xiàn)了相機(jī)成像與拉曼信號收集的分離,從而得到最佳的信號強度,。同時,,ATR8800使用專門為顯微拉曼系統(tǒng)優(yōu)化的高性能拉曼,無論是靈敏度,,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有力的保障,。

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