引言
拉曼光譜技術正以驚人的速度滲透到科研、醫(yī)療、工業(yè)等領域,成為分子世界的"超級偵&探"。從單細胞代謝成像到腫瘤手術精準導航,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)的標準!今天,我們就來盤點這項諾獎技術的最新突破性應用。
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。華中科技大學王平團隊開發(fā)的FIRE技術徹&底改變了這一局面。為腫瘤代謝研究、神經(jīng)遞質動態(tài)監(jiān)測提供全新工具
技術突破
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,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)化學成像,清晰追蹤葡萄糖代謝路徑
應用案例:活體線蟲代謝成像
圖1 FIRE對整只線蟲的糖代謝追蹤成像
研究團隊僅用5分鐘就完成了整只線蟲的無標記化學成像,清晰追蹤了D7-葡萄糖的代謝路徑。結果顯示,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,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技術使活體實時代謝監(jiān)測成為可能,未來在腫瘤術中邊界界定、神經(jīng)遞質動態(tài)追蹤等領域潛力巨大。

圖2 MORE SERSome方法學示意圖
技術創(chuàng)新
*血清代謝物指紋解析:結合質譜識別出麥角硫因等關鍵標志物
*AI增強診斷:圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)AUC 91.5%的區(qū)分準確率
*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)非標記SERS對復雜血液樣本的分子水平解析
應用前景
該技術首&次實現(xiàn)非標記SERS對復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疾病的早期篩查

圖3 用于原位拉曼測量的帶三電極系統(tǒng)的電化學電池示意圖。
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: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
應用前景
該技術首&次實現(xiàn)非標記SERS對復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疾病的早期篩查
未來展望
1.人工智能融合:深度學習破解復雜光譜的"分子密碼"
深度學習算法:如上海交大的SERSome-圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡,可解析復雜光譜的分子指紋
開集識別技術:中科院團隊開發(fā)的單細胞拉曼結合開集深度學習,在復雜環(huán)境中精準識別病原菌,準確率達93%
從活體代謝成像到癌癥精準手術,從AD早期篩查到新能源材料優(yōu)化,拉曼光譜技術正以前&所&未&有的速度推動多個領域的革新。隨著AI、納米材料、單分子檢測等技術的融合,未來拉曼光譜將在精準醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)質檢等領域發(fā)揮更大價值!
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