引言
拉曼光譜技術(shù)正以驚人的速度滲透到科研、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)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(shù)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(shù)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(shù)徹&底改變了這一局面。為腫瘤代謝研究、神經(jīng)遞質(zhì)動態(tài)監(jiān)測提供全新工具
技術(shù)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(shù)，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(jié)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(shù)使活體實時代謝監(jiān)測成為可能，未來在腫瘤術(shù)中邊界界定、神經(jīng)遞質(zhì)動態(tài)追蹤等領(lǐng)域潛力巨大。
圖2 MORE SERSome方法學示意圖
技術(shù)創(chuàng)新
*血清代謝物指紋解析：結(jié)合質(zhì)譜識別出麥角硫因等關(guān)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(shù)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(guān)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(shù)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(guān)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(shù)：中科院團隊開發(fā)的單細胞拉曼結(jié)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(shù)，從AD早期篩查到新能源材料優(yōu)化，拉曼光譜技術(shù)正以前&所&未&有的速度推動多個領(lǐng)域的革新。隨著AI、納米材料、單分子檢測等技術(shù)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(zhì)檢等領(lǐng)域發(fā)揮更大價值！
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