科學家將拉曼效應用于光熱顯微鏡
發(fā)布時間：2023-12-19 1841人看過
“我們開創(chuàng)了受激拉曼光熱成像[1]這個全新的方向，這是化學成像領域的一個新突破，這項技術未來一定會發(fā)展成為能夠被廣泛應用的產品。”美國波士頓大學程繼新教授如是說。
在這次研究中，程繼新團隊利用一種新的物理機制，即受激拉曼本質上是一個化學鍵振動吸收過程，吸收的能量變成熱形成焦點局部升溫，升溫改變焦點周圍樣品的折射率。由此，他們開發(fā)出受激拉曼光熱（Stimulated Raman Photothermal，SRP）顯微鏡。
該技術突破了此前受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering，SRS）成像的檢測極限，將調制深度提高了 500 倍，極高的調制深度為更高靈敏度的檢測奠定了基礎。
那么，與 SRS 相比，SRP 有哪些不同呢？具體來說，SRS 顯微鏡直接測量光被吸收后強度的變化，并提供光譜和空間信息；而 SRP 顯微鏡則是測量由樣品熱膨脹引起的光散射或由熱透鏡引起的折射，觀察樣品本身的溫度、折射率等變化，進而提供光譜和空間信息。
化學成像技術能夠“追蹤”細胞中的分子信息，但該領域最大的瓶頸之一是靈敏度。SRS 顯微鏡在揭示復雜系統(tǒng)中的分子結構、動力學和耦合方面顯示出巨大的潛力。然而，由于其較小的調制深度和脈沖激光的散粒噪聲，SRS 的靈敏度難以突破毫摩爾級，這導致其無法對低濃度分子的觀察及對相關信息的追蹤。
此外，不可忽視的是，在使用 SRS 成像時，研究人員必須使用高倍物鏡來收集信號。如果想得到高分辨成像，就必須將兩個高倍物鏡擠在一起，這在操作上帶來極大的不便。而 SRP 的優(yōu)勢在于操作簡單、方便，只需要低倍物鏡就能夠測量相關信號，且檢測物鏡和樣品之間可以保持一定的距離。
由于 SRP 顯微鏡非常靈敏，可以通過它觀測不同的分子、不同的化學鍵，填補了該領域的數據空白。該技術有望應用于環(huán)境科學、材料科學、生命科學等領域，例如環(huán)境中微塑料檢測、繪畫作品成份分析、病毒單顆粒譜學、單細胞和生物組織成像等。
