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【前沿速递】拉曼光谱技术大爆发!这些最新应用颠&覆你的认知

2025年04月28日 17:35 来源:奥谱天成(厦门)光电有限公司

引言

拉曼光谱技术正以惊人的速度渗透到科研、医疗、工业等领域,成为分子世界的"超级侦&探"。从单细胞代谢成像到肿瘤手术精准导航,从古文物鉴定到锂电池优化,拉曼光谱正在改写多个行业的标准!今天,我们就来盘点这项诺奖技术的最新突破性应用。



1.MHz级超快拉曼:活体代谢实时"电影"


传统拉曼光谱受限于低灵敏度和慢速采集,难以捕捉生命活动的动态过程。华中科技大学王平团队开发的FIRE技术彻&底改变了这一局面。为肿瘤代谢研究、神经递质动态监测提供全新工具


技术突破

  • 每秒百万光谱:采用1MHz纳秒脉冲激光+光纤阵列时域延展技术,比传统CCD快千倍

  • 单光子灵敏度:硅光电倍增管(SiPM)可检测单个拉曼光子,信噪比提升显著

  • 活体线虫代谢成像:5分钟完成整只线虫全波段(300-4300cm⁻¹)化学成像,清晰追踪葡萄糖代谢路径


  • 应用案例:活体线虫代谢成像

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图1 FIRE对整只线虫的糖代谢追踪成像


研究团队仅用5分钟就完成了整只线虫的无标记化学成像,清晰追踪了D7-葡萄糖的代谢路径。结果显示,在daf-2突变体线虫中,葡萄糖优先被代谢用于皮肤增厚,而非能量供应,这一发现为代谢疾病研究提供了全新视角。


行业影响

FIRE技术使活体实时代谢监测成为可能,未来在肿瘤术中边界界定、神经递质动态追踪等领域潜力巨大。


2.AD早期诊断:血液中的"分子密码"

上海交大叶坚团队开发的MORE SERSome技术破解了阿尔茨海默病早期诊断难题:


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2 MORE SERSome方法学示意图


技术创新

*血清代谢物指纹解析:结合质谱识别出麦角硫因等关键标志物

*AI增强诊断:图卷积神经网络实现AUC 91.5%的区分准确率

*无创低成本:相比脑脊液检测更易推广

突破点:首&次实现非标记SERS对复杂血液样本的分子水平解析


应用前景

该技术首&次实现非标记SERS对复杂血液样本的分子水平解析,未来可拓展至帕金森病、心血管疾病等代谢异常相关疾病的早期筛查


3.新能源材料:锂电池的"CT扫描"


天津大学团队利用原位拉曼光谱揭示了磷掺杂TiO₂负极的性能提升机制

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3 用于原位拉曼测量的带三电极系统的电化学电池示意图。


研究发现

*动态相变观测:首&次捕捉到LiTiO₂新相的形成1

*工艺优化指导:发现2%-5%磷掺杂可提升锂离子传输速率1

*无损检测:避免传统XRD的样品破坏


应用前景

该技术首&次实现非标记SERS对复杂血液样本的分子水平解析,未来可拓展至帕金森病、心血管疾病等代谢异常相关疾病的早期筛查



未来展望


1.人工智能融合:深度学习破解复杂光谱的"分子密码"

深度学习算法:如上海交大的SERSome-图卷积神经网络,可解析复杂光谱的分子指纹

开集识别技术:中科院团队开发的单细胞拉曼结合开集深度学习,在复杂环境中精准识别病原菌,准确率达93%


2.单分子检测:dCERS技术实现可重复定量,上海交大团队基于单分子计数实现1fM级超灵敏定量,解决50年来SERS重复性难题

3.便携化革命:手持设备检测限已达0.1%,中国农大团队利用便携拉曼仪实现水稻病害早期识别,准确率超97%。

从活体代谢成像到癌症精准手术,从AD早期筛查到新能源材料优化,拉曼光谱技术正以前&所&未&有的速度推动多个领域的革新。随着AI、纳米材料、单分子检测等技术的融合,未来拉曼光谱将在精准医疗、环境监测、工业质检等领域发挥更大价值!






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关键词: 拉曼光谱仪

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