解码拉曼光谱：检测领域多面手的开篇（二）
物理学领域：洞察材料微观特性
在物理学中，拉曼光谱为研究材料的微观结构和性质提供了有力支持。以二维材料为例，拉曼光谱可用于精确表征二维材料的层数。对于石墨烯而言，完美的单洛伦兹峰型的 G' 峰是判定单层石墨烯的有效标志，而多层石墨烯由于电子能带结构的裂分，G' 峰可拟合为多个洛伦兹峰的叠加。结合拉曼测量与光学观测，能够准确测定少层石墨烯的层数，突破堆叠顺序造成的限制。
图1 石墨烯的拉曼光谱[1]
此外，拉曼光谱还能表征二维材料的应变与掺杂情况。基底往往会使二维材料产生应变和掺杂，进而影响其特性。共焦显微拉曼光谱可将激发光的光斑聚焦到微米级，对样品微区域进行精确分析。研究发现，相较于固体基底，以液体作为石墨烯基底时，实验中观察到的应变更低、掺杂更均匀。偏振拉曼光谱则广泛应用于研究二维材料的各向异性，能够获取如 ReS₂等材料的晶体取向信息，并且拉曼强度的厚度依赖性以及特定模式的频率差可用于精确测量层数。医学领域：疾病诊断的新兴力量
在医学领域，拉曼光谱作为一种无创性分析技术，展现出了巨大的潜力。肿瘤细胞与正常细胞在分子组成和结构上存在显著差异，这些差异会在拉曼光谱中呈现出独特的 “指纹” 特征。例如，肿瘤细胞内的核酸、蛋白质、脂质等生物分子的含量和结构发生改变，对应的拉曼特征峰的位置、强度和峰形也会随之变化。通过对这些特征峰的分析，能够区分肿瘤组织和正常组织，实现肿瘤的早期诊断。
在肿瘤切除手术中，准确判断肿瘤的边界至关重要，直接影响手术的效果和患者的预后。传统的病理检查需要在术中对组织样本进行冰冻切片，耗时较长且可能存在误差。而拉曼光谱技术可以实时对手术切除的组织边缘进行检测，通过分析组织的拉曼光谱特征，快速判断该区域是否存在肿瘤细胞，帮助医生精准确定肿瘤的切除范围，减少肿瘤残留的风险。在乳腺癌手术中，科研人员利用拉曼光谱技术对手术切缘组织进行实时检测，能够在几分钟内给出诊断结果，准确率与传统病理检查相当，大大缩短了手术时间，提高了手术的精准度。
图2：脑肿瘤的无标记拉曼成像[2]
拉曼光谱技术的未来展望随着科技的不断进步，拉曼光谱技术也在持续发展和创新。未来，拉曼光谱仪将朝着更便携、更灵敏、更高分辨率的方向发展，使其能够在更多场景中发挥作用，如现场检测、即时诊断等。同时，与其他技术的融合也将为拉曼光谱技术带来新的机遇。例如，与人工智能技术结合，能够实现对拉曼光谱数据的快速、准确分析，进一步提高物质鉴定和疾病诊断的效率和准确性。相信在不久的将来，拉曼光谱技术将在更多领域取得突破性进展，为人类的健康和社会的发展做出更大贡献。
参考文献
[1] Childres I, Jauregui L A, Park W, et al. Raman spectroscopy of graphene and related materials[J]. New developments in photon and materials research, 2013, 1: 1-20.
[2] Kondepudi A, Pekmezci M, Hou X, et al. Foundation models for fast, label-free detection of glioma infiltration[J]. Nature, 2025, 637(8045): 439-445.