【摘要】 目前，拉曼光谱是一种很有前途的分析工具，可以为分子识别提供化学指纹。

拉曼光谱技术在生物传感器技术中应用的新平台的开发越来越受兴趣的驱动，这是由于这些技术在识别化合物以及生物分子的结构和功能特征方面的潜力。拉曼散射的影响是非弹性光散射过程的结果，这导致具有与所识别分子的分子振动相关的不同频率的散射光的发射。自发拉曼散射通常很弱，导致弱非弹性散射光和强瑞利散射分离的复杂性。这些限制导致了增强拉曼散射的各种技术的发展，包括共振拉曼光谱（RRS）以及非线性拉曼光谱。Serebrennikova [1]等人综述了拉曼光谱方法及其衍生物、CARS、SRS、RRS和SERS的研究成果，以及它们与生物分析和显微镜方法的结合和联系。

 

目前，拉曼光谱是一种很有前途的分析工具，可以为分子识别提供化学指纹。拉曼光谱依赖于非弹性散射光，并允许识别分子的振动状态（声子）。1928年，印度科学家Raman首次观察到分子的非弹性光散射现象。当光子与物质相互作用时，大多数散射光的频率不会改变（瑞利散射）。

 

然而，在入射光下，也可能发生非弹性光散射过程，导致由于分子振动而以或多或少的频率（分别为反斯托克斯和斯托克斯带）发射散射光。图1显示了与非弹性和瑞利光散射过程相对应的能级和跃迁图。因此，形成了由带组成的拉曼光谱，其位置取决于作为样品分子的每个官能团的特征的振动频率。拉曼光谱的广泛使用及其与许多分析方法的结合发生在比非弹性散射效应的发现晚得多的时候，直到20世纪60年代，商业上可用的激光出现来激发样品。目前，拉曼光谱已成功应用于复杂样品中未知化合物的定性和定量测定，以及结构变化的登记。

 

图1 展示拉曼、RRS、CARS和SRS过程的能级图。[1]

 

自发拉曼光谱虽然快速、准确、可靠，但其缺点是普通分子的散射截面较低，导致信号较弱。此外，拉曼光谱的应用需要对研究参数进行个性化优化，包括激发激光器、滤波机制和物镜，这些参数取决于研究对象。上述因素推动了拉曼技术的发展，目前拉曼技术的类型已超过25种，包括基于共振、相干、表面增强和尖端增强拉曼散射现象的拉曼技术。

 

不同类型拉曼技术的发现为生物医学科学和应用研究提供了巨大的刺激，因为每个分子的散射光子光谱是独特的，可以容易地识别感兴趣的物质。此外，拉曼光谱提供了许多优点，如无侵入性、无需样品制备、处理水性样品的能力，以及将这些与其他分析方法相结合的可能性。该方法的非破坏性使其适用于体内分析和诊断，提供有关生物分子的结构、构象和相互作用的信息。因此，拉曼光谱在确定光系统组件的组成和功能方面的有效性得到了证明，这提供了对光合作用详细机制的理解。除此之外，拉曼技术是创造化学选择性高光谱的一种很有前途的工具。

 

图2 在微通道中含有AgNPs的SERS微流控芯片，用捕获抗体功能化。注入分析样品和SERS纳米标签后，在微通道中形成夹层配合物，SERS信号表明存在相应的分析物。[1]

 

拉曼散射现象及其注册方法是生命科学各个领域光谱研究的基础，包括生物学、生物化学、生物技术和医学。拉曼光谱技术用于对分子进行无创、无标记的鉴定，并确定其化学成分和空间取向。此外，他们还发现了它们在生物物体和环境中分子定位和数量的高光谱成像中的应用。CARS和SRS使得在与分子的自然振动共振的特定波长下增加信号强度成为可能，这开辟了更多的机会。

 

[1] Serebrennikova, K.V.; Berlina, A.N.; Sotnikov, D.V.; Zherdev, A.V.; Dzantiev, B.B. Raman Scattering-Based Biosensing: New Prospects and Opportunities. Biosensors 2021, 11, 512.

 

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