1928年,印度物理学家C爵士五.拉曼和他的同事K。S.克里希南发现,当光与物质相互作用时,散射光的一部分由于与分子振动的相互作用而发生能量变化,从而产生了被称为拉曼散射的现象。这一发现为拉曼光谱学奠定了基础,这一技术利用这些能量变化来建立材料分子结构的独特指纹。
目前,色散拉曼光谱法是在材料科学、医药、环境监测和生物医学等许多领域鉴定样品的首选方法。然而,捕捉和探测散射光所需的光谱仪体积庞大,限制了在实验室之外的使用。此外,大多数手持拉曼光谱仪都只用于化学分析。
在研究中 发表于 生物医学光学杂志 ,来自韩国科学和技术高级研究所(大韩民国)和麻省理工学院(麻省理工学院;美国)的研究人员开发了一个紧凑型的汗源拉曼光谱系统。SS-拉曼的概念是在以前的专利(US9662047B2)中提出的,但由于缺乏窄带通滤波器,直到最近才实施。该系统在鉴别化学和生物材料的能力方面可与传统的色散拉曼光谱相媲美。该便携式系统解决了目前手持光谱仪的局限性,并为生物医学中的样本识别打开了大门。
传统拉曼光谱系统使用固定波长光源(如激光)来激发样品并诱导拉曼散射。相比之下,SS-拉曼光谱学使用的是一种汗源激光器,它在连续波长范围内发出光。通过消除背景噪声的短通滤波器过滤后,励磁光聚焦到样品上。散射光由透镜采集,并由只隔离所需拉曼变换波长范围的带通滤波器过滤。然后被过滤光被高度敏感的硅光接收器检测到,该接收器将光信号转换成电信号,用于样品分析。
"拟议的SS-拉曼设置使用了一个波长吸源激光器(822-842纳米)、一个窄宽度带通滤波器和一个获得拉曼光谱的高敏感点光接收器。这些成分有助于发展紧凑和成本效益高的拉曼光谱系统。麻省理工学院的金荣康,该研究的对应作者之一。
为了评价该系统的有效性,研究人员将新系统中的拉曼光谱与传统的色散拉曼光谱对各种化学和生物样品进行了比较。将苯丙氨酸、羟基磷灰石、葡萄糖和乙酰氨酚等多种化学品作为获取900-1200厘米拉曼光谱的化学样品。 − 1 .为了获取生物样本,他们对猪腹部切片进行了扫描。从拟议的SS-拉曼光谱系统中获得的拉曼光谱与传统色散拉曼光谱系统中获得的相关系数为0.73至0.91的拉曼光谱非常相似,这表明其确定这两种样品的可行性。
值得注意的是,在拉曼光谱系统中,由于需要高质量的滤波器和光源,花费了相当大的费用。SS系统面临类似的挑战,背景噪声和拉曼光谱显示宽峰由于带通滤波器。
为了降低成本,研究人员将信号处理方法应用到系统中。利用高斯滤波器消除了不稳定激光输出产生的波纹噪声.采用反卷积法提高拉曼光谱中的峰,提高了它们的分辨率。此外,还利用多项式背景去除来消除滤波器低光学密度产生的背景噪声。
总体而言,该系统为化学和生物分析小型拉曼光谱学的未来发展奠定了基础。然而,仍有改进的余地,特别是在减少样品获取时间方面,目前这一时间超过40秒。为了在不到一秒的时间内测量生物样品,研究人员正在开发一个多通道SS-拉曼系统,该系统配备了多个探测器和带通滤波器,希望能够在同样的时间内对更广泛的分子进行分析,以实现更多样化的应用!
