上海
危险品微粒避开安检仪的“火眼金睛”，血液中早期癌细胞标志物在现有检测手段下依然“逍遥法外”，超低浓度有毒化学分子“悄悄排放”——分子世界的“隐秘威胁”，亟待一把能透视微观、解码物质的光学密钥。拉曼检测技术为其提供了可能性。
近日，记者从南京邮电大学了解到，来自该校柔性电子全国重点实验室的中国科学院院士黄维、赖文勇教授团队从量子光学与分子振动的协同耦合机制出发，提出了受激辐射与拉曼散射共振匹配理论，发展“光谱调谐增益诱导拉曼激射”新方法，成功实现拉曼信号的指数级放大。相关研究成果近期发表于国际顶级期刊《自然·材料》上。
什么是拉曼检测技术？早在1928年，印度科学家拉曼在游学途中通过观察海水颜色变化，敏锐地注意到阳光穿透水体后散射光中竟蕴含着与入射光不同的色彩，引发了他对光与物质相互作用机制的深度思考，提出了“拉曼散射”效应，仅两年后，他荣获诺贝尔物理学奖。
“拉曼散射如同分子的‘指纹’——每个分子内部的结构如同相互牵拉的小弹簧以独一无二的节奏伸缩、摆动，形成专属的光谱特征。”南京邮电大学教授江翼解释道，随着激光技术的兴起，科学家成功利用这一手段研发出拉曼检测技术，用于获取分子信息。“虽然现有的拉曼检测技术依赖高能量泵浦光源能够获取分子‘指纹’，但其微弱的信号强度导致检测设备繁杂、成本高昂，另外材料易被强光损伤的问题也限制了其应用范围。”
为了解决这一问题，数年来多个科研团队展开探索。“此次我们的‘光谱调谐增益诱导拉曼激射’新方法，就如同在检测分子‘指纹’信息时配备了一种高效‘放大镜’，使原本复杂的光学技术变得简便和高效，这正是我们追求的目标。”赖文勇告诉记者，研究团队大幅降低了拉曼检测阈值，受激拉曼散射检测阈值只有主流拉曼激光器的万分之一左右。这一革新式的技术突破使拉曼激光技术在高灵敏度检测领域有了更大的发挥空间。“研究团队采用二硝基甲苯和三硝基甲苯等烈性爆炸物作为检测源测试发现，即使其浓度只有空气浓度的亿分之一，研究人员制备的拉曼光学器件对它们的检测灵敏度依然能够保持在95%和80%以上，可谓‘天网恢恢，疏而不漏’。”
赖文勇教授进一步指出，这一方法有望革新现有拉曼检测技术，并为环境监测、公共安全等领域带来前所未有的技术支撑。“值得一提的是，这一研究成果拓宽了有机半导体应用场景，开辟了有机半导体拉曼激光新方向，为有机半导体在拉曼激光等非线性光学领域的应用奠定重要理论基础。”
新华日报·交汇点记者 叶真
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