東京大學的研究人員將拉曼光譜的測量速率提高了100倍，從而推動了拉曼光譜在生物醫學診斷和材料分析領域的應用。這項創新是透過將相干拉曼光譜、專門設計的超短脈衝雷射和時間拉伸技術相結合而實現的，為高通量、無標記化學成像提供了新的可能性。

科學家成功地將拉曼光譜的測量速度提高了100 倍，拉曼光譜是一種廣泛用於識別分子的技術。 東京大學光子科學與技術研究所的研究人員Takuma Nakamura、Kazuki Hashimoto 和Takuro Ideguchi 實現了這項突破。 拉曼光譜通常用於測量分子的”振動指紋”，從而幫助識別分子。

這項重大改進解決了該技術在速度方面長期存在的局限性，為生物醫學診斷和材料分析等依賴快速分子和細胞識別的領域的進步打開了大門。 這項研究於10月22日發表在《超快科學》雜誌。

專門設計和製造的拉曼光譜儀的圖像，其性能比其他系統高出100 倍。 圖片來源：Nakamura et al 2024

拉曼光譜透過識別各種類型的分子和細胞，在基礎科學和應用科學中發揮著至關重要的作用。 當雷射光束與分子相互作用時，會引起分子鍵的振動和旋轉，從而導致光的頻率偏移。 這種移動被稱為散射光譜，形成了每個分子獨特的”振動指紋”。

“測量是科學的基礎，”這項研究的主要研究者Ideguchi 說，”因此，我們努力實現測量系統的最高性能。特別是，我們致力於推動光學測量的發展。”

由於拉曼光譜是一種廣泛使用的測量技術，因此人們一直在努力改進它。 其主要限制因素之一是測量速率，這使得它無法”跟上”某些化學和物理反應的變化速度。 研究小組決定從頭開始建立一個系統，以提高測量速率。

Ideguchi 說：”十多年來，我一直在考慮這個想法，但一直未能啟動這個項目。正是我們幾年前開發的新型最佳激光系統，才最終使項目取得進展成為可能。”

研究人員利用自身在光學和光子學方面的專業知識，將以下三個要素結合在一起：相干拉曼光譜（一種能產生比傳統自發拉曼光譜更強訊號的拉曼光譜）、專門設計的超短脈衝雷射以及使用光纖的時間拉伸技術。 結果，他們實現了50MS譜/秒（兆譜/秒）的測量速度，與迄今為止最快的50kS譜/秒（千譜/秒）測量速度相比，提高了100 倍。 Ideguchi 描述了這項改進的廣泛潛力。

“我們的目標是將我們的光譜儀應用於顯微鏡，透過拉曼散射光譜捕捉二維或三維圖像。 此外，我們還設想透過將這項技術與微流體技術相結合，將其用於流式細胞儀。

編譯自/ SciTechDaily