Stimulerad Raman-spridning (SRS) har utvecklats som en viktig kvantitativ kontrast för kemisk avbildning under de senaste åren. Den spektrala upplösningen för de vanliga SRS-modaliteterna är dock alltid lägre än det toppmoderna spontana Raman-systemet.
Detta problem uppstår från excitationsstrategin:de mest använda SRS-modaliteterna är alla exciterade i frekvensdomänen. De måste kompromissa mellan detektionskänsligheten och den spektrala upplösningen:eftersom den icke-linjära processen drar nytta av pulsade excitationer, begränsar den grundläggande tids-energiosäkerheten den spektrala upplösningen.
I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , ett team ledd av Dr. Hanqing Xiong från National Biomedical Imaging Center, College of Future Technology vid Peking University (Peking, Kina) rapporterade en ny metod som heter transient stimulerad Raman-spridning (TSRS).
Teamet manipulerade interferensen av vibrationsvågpaket i tidsdomänen av bredbandiga femtosekundlaserpulståg och uppnådde slutligen Raman-spektra med naturlig linjebredd vid sub-mM känslighet på ett Fourierspektroskopiskt sätt. Dessutom har TSRS hyperspektral avbildning av levande Hela-celler utförts omfattande i Raman-fingeravtrycksregionen, celltystnadsregionen och den populära CH-sträckningsregionen.
För att visa fördelen med den naturliga linjebreddsgränsen spektralupplösning, konstruerade teamet också preliminärt en uppsättning Raman-sonder med hög densitet med Raman-lägesintervall ner till 12 cm -1 och demonstrerade ytterligare dess motsvarande streckkodsavbildning. Uppsatsen publicerades under titeln "Transient Stimulated Raman Scattering Spectroscopy and Imaging."
Tidsdomän SRS-tekniker kan hitta sitt ursprung på 1980-talet, vilket faktiskt inte är nytt. Tidigare tidsdomän-SRS-tekniker kan dock inte ge en känslighet jämförbar med de allmänt använda frekvensdomänmetoderna. Ur författarnas synvinkel är skillnaden mellan TSRS-tekniken och andra befintliga SRS-metoder i tidsdomän användningen av stimulerad Raman-förlust (SRL) som signal.
SRL har en linjär relation till den molekylära koncentrationen och Raman-tvärsnittet, och det kan detekteras med klassisk heterodyne-detektionsmetod för att uppnå samma shot-brus-begränsade känslighet som frekvensdomänmetoderna. För att konstruera en tidsdomän SRL-signal övergav författarna den populära exciteringsstrategin för pumpsond.
Istället genererade de vibrationsvågspaketinterferens av två på varandra följande identiska impulsiva excitationer med kontrollerad tidsfördröjning. Störningen inducerar moduleringar på SRL-signalen. En Fouriertransform av det modulerade SRL-signalspåret möjliggör spektrallinjer med naturlig linjebreddsgräns.
"Det spektrala området för T-SRS-avbildning bestäms endast av laserpulsbandbredderna. Bandbredderna för våra excitationslaserpulser kan endast stödja ett spektralområde på ~124 cm -1 . Vi konstruerar ett lasersystem med mycket kortare pulser för TSRS, vilket kan ge full-range SRS-spektra liknande det toppmoderna spontana Raman-systemet, säger Dr. Xiong.
Mer information: Qiaozhi Yu et al, Transient stimulated Raman scattering spectroscopy and imaging, Light:Science &Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-024-01412-6
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
