傳統(tǒng)拉曼光譜細(xì)胞成像觀測(cè)結(jié)果與團(tuán)隊(duì)所提出的拉曼光譜細(xì)胞成像觀測(cè)結(jié)果

拉曼高光譜成像被譽(yù)為識(shí)別分子“指紋”的超級(jí)顯微鏡，在精準(zhǔn)醫(yī)療、生物檢測(cè)、藥品質(zhì)量控制和新材料研發(fā)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)成像方式為獲取清晰圖像，通常需要提高激光功率或延長(zhǎng)掃描時(shí)間，但高功率激光容易對(duì)樣品造成熱損傷，而過長(zhǎng)的采集時(shí)間則難以滿足快速檢測(cè)和實(shí)時(shí)診斷的需求。鑒于拉曼信號(hào)天然極其微弱，如何在低能量、短時(shí)間條件下獲得高質(zhì)量圖像，一直是拉曼高光譜技術(shù)邁向廣泛應(yīng)用的核心瓶頸。

近日，湖南大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域取得重要突破。研究發(fā)現(xiàn)，即便在極低激光功率、極短曝光時(shí)間采集到的數(shù)據(jù)中，仍然隱藏著可被智能算法挖掘的有效分子信息。基于這一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地將人工智能計(jì)算方法與拉曼光學(xué)成像系統(tǒng)相結(jié)合，提出了一種自優(yōu)化學(xué)習(xí)的成像新方法。該方法能夠在信號(hào)極其微弱的情況下，通過算法自動(dòng)恢復(fù)出清晰、準(zhǔn)確的分子指紋譜信息，從而在不損傷樣本的前提下，大幅提升成像效率和質(zhì)量。

這一突破為拉曼技術(shù)的廣泛應(yīng)用打開了新空間。未來，該技術(shù)有望在藥物生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控、早期疾病檢測(cè)、微創(chuàng)醫(yī)學(xué)診斷、食品與環(huán)境安全檢測(cè)以及智能制造過程監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

團(tuán)隊(duì)相關(guān)成果以“Self-optimized Spectral Distance for Low-Light High-Throughput Raman Hyperspectral Imaging”為題，發(fā)表在國(guó)際頂尖期刊 Nature Computational Science《自然·計(jì)算科學(xué)》上。論文通訊作者為湖南大學(xué)王耀南院士、陳卓教授和張輝教授，湖南大學(xué)為唯一通訊單位;人工智能與機(jī)器人學(xué)院博士后陳煜嶸、化學(xué)化工學(xué)院博士后王昚為共同第一作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部及湖南省科技廳等項(xiàng)目資助支持。

審核編輯 黃宇