東京大學(xué)突破性進展：拉曼光譜測量速率提升100倍

    在科學(xué)探索的前沿，拉曼光譜技術(shù)因其在分子和細胞識別方面的獨特能力而備受重視。2024年10月31日，東京大學(xué)的研究人員宣布了一個重大突破：他們成功將拉曼光譜的測量速率提高了100倍，這一成就有望極大地推動生物醫(yī)學(xué)診斷和材料分析等領(lǐng)域的發(fā)展。

    拉曼光譜技術(shù)的重要性與挑戰(zhàn)

    拉曼光譜技術(shù)通過分析分子在光照射下的散射光譜，揭示分子的振動模式，從而實現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確識別。盡管拉曼光譜技術(shù)被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域，但其測量速率的限制一直是一個主要的技術(shù)瓶頸，特別是在需要快速反應(yīng)和動態(tài)過程觀察的場合。

    東京大學(xué)的創(chuàng)新解決方案

    為了克服這一挑戰(zhàn)，東京大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新的拉曼光譜技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了相干拉曼光譜、超短脈沖激光和時間拉伸技術(shù)。這一創(chuàng)新方法不僅提高了測量速率，還保持了測量的靈敏度和準(zhǔn)確性。

    技術(shù)細節(jié)

    該技術(shù)的核心在于利用超短飛秒脈沖實現(xiàn)高效的拉曼散射，以及在激光的高重復(fù)頻率下利用皮秒探測脈沖實現(xiàn)靈敏的時間拉伸檢測。通過這種方法，研究人員成功實現(xiàn)了50MSpectra/s（每秒百萬光譜）的測量速率，比之前最快的500kSpectra/s（每秒千光譜）提高了100倍。

    應(yīng)用前景與未來展望

    這一技術(shù)進步不僅解決了拉曼光譜在速度方面的長期局限性，而且為實時觀察和分析快速化學(xué)反應(yīng)、生物分子相互作用等提供了可能。東京大學(xué)的研究團隊計劃將這一技術(shù)應(yīng)用于顯微鏡，通過拉曼散射光譜捕獲二維或三維圖像，并與微流體技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于流式細胞術(shù)。這些系統(tǒng)將實現(xiàn)高通量、無標(biāo)記化學(xué)成像和細胞或組織中生物分子的光譜分析。

    概念驗證

    作為概念驗證，該團隊測量了有機化合物的寬帶相干斯托克斯拉曼散射光譜，覆蓋了200至1200cm^-1的分子指紋區(qū)域。這一成果展示了新系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的潛力和效果。

    東京大學(xué)的這一突破性進展不僅在技術(shù)上實現(xiàn)了重大飛躍，而且在科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的應(yīng)用前景上打開了新的可能性。隨著這一技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用，我們有望在生物醫(yī)學(xué)診斷、材料分析等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)前所未有的進步。這項研究的成果發(fā)表在《UltrafastScience》雜志上，標(biāo)志著拉曼光譜技術(shù)的一個新時代的開始。