北京大学团队突破相干拉曼成像瓶颈，SuperB-SRS 实现高分辨生物组织检测
北京大学未来技术学院国家生物医学成像中心的熊汗青团队在 Nature Photonics 期刊发表了题为 “Super-broadband stimulated Raman scattering spectroscopy and imaging” 的研究论文。该团队开发的 SuperB-SRS（超宽带受激拉曼散射）技术，采用少周期激光诱导的量子干涉机制，将拉曼自由感应衰减信号编码至受激拉曼损耗通道，实现了具有高光谱保真度的超宽波段检测。该技术不仅成像速度提升百倍，而且支持多色荧光同步成像，已在临床血清样本中成功检测出 11 种用于评估肝肾功能及心血管健康的核心生物标志物，为大规模健康数据研究提供了高质量支撑。
拉曼光谱技术因基于分子振动的固有特性，在生物医学领域广泛应用，具备无标记、低侵入的优势。然而，由于自发拉曼信号本身极弱，导致采集效率低、速度慢，并且容易受到荧光背景的干扰。
为增强信号强度，研究者们发展了相干拉曼散射（CRS）技术，其中相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）与受激拉曼散射（SRS）是两种主要方法。CARS 尽管具备视频级成像能力，但其光谱强度与分子浓度之间是非线性关系，并且非共振信号可能引发光谱失真。SRS 则保留了自发拉曼的线性光谱特征，但在生物兼容性及全谱段高保真检测方面仍面临挑战，因此，自发拉曼仍是定量成像和分析的基准。
为解决这一问题，熊汗青团队创新性地采用双波段少周期脉冲，通过量子干涉机制，将拉曼自由感应衰减（FID）信号嵌入受激拉曼损耗（SRL）通道。具体而言，利用两次延时脉冲激发产生的振动激发态概率幅之间发生干涉，其结果直接影响 SRL 信号强度。延时扫描后，可将所有拉曼模式的 FID 信息嵌入 SRL，再通过傅里叶变换还原完整光谱，从而突破传统 CRS 技术中脉宽与分辨率的物理限制，实现接近自然线宽极限的高光谱分辨率。
为克服少周期脉冲面临的色散问题，研究团队重新设计了系统架构。该方案整合了 Yb³⁺ 固体振荡器产生的斯托克斯脉冲与光参量振荡器（OPO）输出的泵浦脉冲，先进行窄带合束，再利用保偏单模光纤实现光谱展宽。通过棱镜-光栅组合完成三阶色散补偿，最终在物镜焦点生成高质量的少周期脉冲。该系统实现了 600~3500 cm⁻¹ 的超宽带光谱覆盖，并集成落射荧光检测功能，可同步测量脉冲特性并支持多色荧光成像。
研究团队从光谱分辨率、采集速度、抗荧光干扰能力和检测灵敏度四个维度全面评估了 SuperB-SRS 的性能，结果显示各项指标均达到或超越现有技术水平。此外，该技术已成功应用于生物组织成像、脑区多模态分析及临床血清检测等实际场景，验证了其广泛的技术适应性和临床潜力。
SuperB-SRS 的开发标志着相干拉曼散射成像技术的重要进展。该方法融合了频率域 SRS 的共线激发结构、高灵敏锁相检测优势以及时域脉冲激发与量子调控机制，首次实现高保真光谱、自然线宽分辨率、超宽光谱范围和高速检测的统一，有效克服了传统 CRS 技术在分辨率、波段覆盖和生物兼容性方面的瓶颈。