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摘要： 由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯建國(guó)院士帶領(lǐng)的研究小組取得了拉曼光譜成像技術(shù)的最新突破，肝癌早期檢測(cè)難題有望解決。

關(guān)鍵字：  拉曼光譜成像，單分子，共振

日前由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯建國(guó)院士領(lǐng)銜的單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)董振超研究小組，在高分辨率化學(xué)識(shí)別與成像領(lǐng)域取得重大突破，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了亞納米分辨的單分子光學(xué)拉曼成像。分析人士表示，拉曼光譜成像技術(shù)的突破，對(duì)肝癌檢測(cè)等醫(yī)學(xué)難題將產(chǎn)生推動(dòng)作用。

拉曼光譜成像技術(shù)難關(guān)的突破

拉曼光譜成像技術(shù)獲得最新突破

據(jù)媒體報(bào)道，日前由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)侯建國(guó)院士領(lǐng)銜的單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)董振超研究小組，在高分辨率化學(xué)識(shí)別與成像領(lǐng)域取得重大突破。這項(xiàng)研究結(jié)果突破了光學(xué)成像手段中衍射極限的瓶頸，將具有化學(xué)識(shí)別能力的空間成像的分辨率提高到一個(gè)納米以下，這對(duì)了解微觀世界，特別是微觀催化反應(yīng)機(jī)制、分子納米器件的微觀構(gòu)造，以及包括DNA測(cè)序在內(nèi)的高分辨生物分子成像，具有極其重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值，也為研究單分子非線(xiàn)性光學(xué)和光化學(xué)過(guò)程開(kāi)辟了新的途徑。

據(jù)悉，該研究工作是在科技部、科學(xué)院和國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助下完成的，是該研究團(tuán)隊(duì)繼2005年實(shí)現(xiàn)單分子磁性調(diào)控(文章發(fā)表在《科學(xué)》雜志上)后在單分子科學(xué)領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)重大進(jìn)展。

據(jù)文章通信作者之一董振超教授介紹，印度科學(xué)家拉曼于1928年發(fā)現(xiàn)了光子被物質(zhì)分子散射后能量發(fā)生變化的光散射現(xiàn)象，并在兩年后因此貢獻(xiàn)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，是亞洲第一位獲此殊榮的科學(xué)家。拉曼散射中光子的能量變化通常起源于分子振動(dòng)能量與入射光子能量的疊加，因此拉曼散射光中包含了豐富的分子振動(dòng)結(jié)構(gòu)的信息。而由于不同分子的拉曼光譜的譜形特征各不相同，因此可作為分子識(shí)別的“指紋”光譜，就像人的指紋可以用來(lái)識(shí)別人的身份一樣。如今，拉曼光譜已經(jīng)成為物理、化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域研究分子結(jié)構(gòu)的重要手段。[#page#]

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的單分子光電子學(xué)研究組通過(guò)對(duì)STM針尖與金屬襯底之間形成的納腔等離激元共振模式的頻譜調(diào)控，充分利用納腔等離激元“天線(xiàn)”的寬頻、局域與增強(qiáng)特性，巧妙地實(shí)現(xiàn)了與入射光激發(fā)和分子拉曼光子發(fā)射發(fā)生雙重共振的頻譜匹配。其將非線(xiàn)性效應(yīng)和針尖增強(qiáng)拉曼散射融合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了史無(wú)前例的亞納米分辨的單個(gè)卟啉分子的拉曼光譜成像，不僅最高分辨率達(dá)到約0.5納米，而且還可識(shí)別分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和分子在表面上的吸附構(gòu)型。

肝癌早期檢測(cè)難題有望突破

據(jù)介紹，激光光鑷?yán)庾V技術(shù)是將激光光學(xué)囚禁技術(shù)和拉曼光譜技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于懸浮細(xì)胞、生物大分子等進(jìn)行研究的一種光子技術(shù)，更是一種無(wú)損、快速、靈敏的光譜學(xué)的檢測(cè)方法。

專(zhuān)業(yè)人士表示，鑒于水的拉曼散射非常微弱，該技術(shù)適合于對(duì)水溶液中生物大分子、細(xì)胞等進(jìn)行研究。該技術(shù)應(yīng)用光鑷把細(xì)胞俘獲或囚禁在玻片上方10微米左右的位置，可以消除其他拉曼光譜技術(shù)將細(xì)胞囚禁在溶液中和玻片上所引起的不良影響。并且光鑷將細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間囚禁在激光的焦點(diǎn)附近，在優(yōu)化了散射光的收集光路的同時(shí)，還可以得到更高信噪比的光譜。雖然激光光鑷?yán)庾V技術(shù)已經(jīng)具有如此多的優(yōu)勢(shì)，但這種技術(shù)只是對(duì)直徑較小的細(xì)胞有很好的針對(duì)性，對(duì)像肝癌細(xì)胞這樣直徑較大的細(xì)胞并不能全部獲取其中的光譜信息。

目前肝癌已經(jīng)成為死亡率僅次于胃癌、食道癌的第三大常見(jiàn)惡性腫瘤，但初期癥狀并不明顯。因此，對(duì)肝癌的檢測(cè)就成為了目前醫(yī)學(xué)研究的重要課題。而拉曼光譜成像可以在降低分子成像成本的同時(shí)，提供更高的圖像敏感度、還有更強(qiáng)的空間分辨率以及更完善的瀏覽多重信號(hào)的能力。

分析人士指出，拉曼光譜成像已經(jīng)成為當(dāng)前所有成像技術(shù)中較為優(yōu)越的一種技術(shù)。這種重構(gòu)的激光拉曼光譜成像系統(tǒng)對(duì)肝癌細(xì)胞進(jìn)行了成像研究，獲得了單個(gè)肝癌細(xì)胞微區(qū)的拉曼光譜圖譜。結(jié)果表明，應(yīng)用這種方法可以很明確的看到DNA、脂類(lèi)及蛋白質(zhì)特征峰在細(xì)胞中的分布情況。因此通過(guò)特征峰的成像圖確定物質(zhì)在細(xì)胞中的微區(qū)分布情況，為拉曼方法檢測(cè)和診斷肝癌提供了可靠的依據(jù)和重要的參考價(jià)值。