太赫茲拉曼是一種新型的分析技術(shù)蛙奖，利用光學(xué)傳感技術(shù)獲得樣品宏觀運動和結(jié)構(gòu)的定量信息潘酗，包括相變、蛋白質(zhì)配體結(jié)合和生物聚合物構(gòu)象數(shù)據(jù)雁仲。這種技術(shù)現(xiàn)在可以很容易地集成到光學(xué)顯微鏡和光譜儀中用于研究仔夺。
低頻段太赫茲拉曼技術(shù)的指紋光譜技術(shù)與優(yōu)勢
樣品的光學(xué)檢測通常涉及激光，是藥物發(fā)現(xiàn)攒砖、用于血液分析的流式細(xì)胞術(shù)和DNA測序等領(lǐng)域幾種自動化和高通量分析的關(guān)鍵缸兔。大多數(shù)這些生命科學(xué)應(yīng)用需要確定目標(biāo)的分子組成，通常通過使用激光誘導(dǎo)熒光來進行空間映射吹艇。
每種化學(xué)物質(zhì)惰蜜，即每種分子，都有獨特的原子和原子間鍵的排列方式受神。這些鍵的振動能態(tài)對應(yīng)于紅外光的光子能量抛猖。因此，每種分子物種在病毒的紅外光譜中都有獨特的共振峰模式鼻听。每一種化學(xué)物質(zhì)财著，即每一種分子，都有獨特的原子和原子間鍵的排列方式撑碴。這些鍵的振動能態(tài)對應(yīng)于紅外光的光子能量撑教。因此，每個分子種類在其紅外光譜中都有獨特的共振峰模式醉拓。這就是為什么紅外吸收伟姐，通常以傅里葉變換紅外的形式，是化學(xué)和生物化學(xué)研究實驗室中最常用的分析工具之一廉嚼。但是紅外光僅限于與亞分子鍵相對應(yīng)的較大振動能量玫镐。為了探測晶體聲子模式或檢測與這些材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化相關(guān)的一些其他構(gòu)象變化，所需的頻率擴展到太赫茲范圍怠噪，這是更難以產(chǎn)生和檢測的恐似，需要特殊的樣品制備，并遭受差的信噪比傍念。一種曾經(jīng)被稱為拉曼光譜的技術(shù)提供了一種獲取相同數(shù)據(jù)的替代途徑矫夷，避免了大部分這些限制。
當(dāng)光與大多數(shù)分子和物質(zhì)樣品相互作用時憋槐，少量光以不同的頻率散射双藕，使分子處于不同的最終能量狀態(tài)。能量守恒意味著散射光可以處于較長的波長或較短的波長阳仔，這取決于樣品處于較高的激發(fā)態(tài)還是較低的激發(fā)態(tài)忧陪。這被稱為拉曼效應(yīng)。盡管直接吸收需要紅外頻率來改變振動狀態(tài)，但在拉曼中嘶摊，信號相對于原始光源的位移量與振動能量狀態(tài)的變化相對應(yīng)延蟹。如果激發(fā)光源是單色的，拉曼散射信號可以被分散叶堆，在稱為化學(xué)指紋區(qū)的頻帶中顯示出尖銳振動峰的頻譜阱飘。
與FTIR相比，拉曼的優(yōu)勢在于它可以使用可見光或近紅外光進行虱颗，可以通過玻璃窗沥匈、顯微鏡光學(xué)和使用標(biāo)準(zhǔn)的硅ccd探測器進行非接觸式采樣。然而忘渔，拉曼散射是二階效應(yīng)高帖，相對較弱，因此需要激光源提供可測量的信號強度辨萍。與此同時棋恼，被樣品和系統(tǒng)光學(xué)散射的激光比拉曼信號強幾個數(shù)量級，并產(chǎn)生必須有選擇性地阻擋的噪聲背景锈玉。這限制了早期對拉曼的接受爪飘。但固態(tài)激光器和二極管激光器、全息凝膠濾光片和科學(xué)級相機的進步結(jié)合在一起拉背，消除了對低效笨重設(shè)備的需求师崎，如掃描單色儀，并最終使緊湊的自給式拉曼光譜儀和拉曼顯微鏡的發(fā)展成為可能椅棺。
對于像聚合物和蛋白質(zhì)這樣的大分子犁罩，大分子或晶格的宏觀運動可以發(fā)生在樣品特定的頻率上，特別是在0.15-6太赫茲能量范圍內(nèi)两疚，對應(yīng)于5 - 200 cm-1拉曼位移床估。這里的光譜數(shù)據(jù)可以揭示大量關(guān)于局部分子間環(huán)境的細(xì)節(jié):結(jié)晶度和非晶態(tài)物質(zhì)的數(shù)量，液相的數(shù)量诱渤，蛋白質(zhì)和其他聚合物的盤繞和解開丐巫，以及蛋白質(zhì)的結(jié)合等。
太赫茲是一種更難以產(chǎn)生勺美、探測和操縱的輻射递胧。光源復(fù)雜且效率低下，通成娜祝基于超快激光器缎脾。探測器也同樣復(fù)雜。理論上占卧，低頻拉曼遗菠，即具有太赫茲位移的拉曼联喘，可以很容易地得到相同的數(shù)據(jù)。但實際上辙纬，隨著拉曼位移的減小和強度的增大濾光片的阻塞特性使信號衰減耸袜，即使是微弱的寬帶放大自發(fā)輻射也使背景噪聲呈急劇的非線性增加。這限制了大多數(shù)拉曼系統(tǒng)使用傳統(tǒng)拉曼技術(shù)捕獲<200 cm-1的低波數(shù)拉曼信號牲平。因此，低頻拉曼需要在波長阻斷和辨別效率上有一個量子飛躍域滥，即濾波器具有更尖銳的截止特性和更窄的帶寬纵柿。
一種基于感光玻璃的新型體全息光學(xué)光柵解決了這一問題。這些濾光片用于清除激光輸出的譜展启绰，然后有效地對信號進行濾波以消除瑞利散射激光昂儒。因此，基于這些光學(xué)器件的儀器現(xiàn)在可以在頻譜的5 - 200 cm-1區(qū)域提供出色的信號噪聲委可。
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