无需荧光标记或近场增强即可观测单个分子的下一代拉曼显微镜技术已经被开发出来。
韩国研究财团于23日表示，高丽大学的 Shim Sanghee·Woo Hanyoung·Park Seongnam 教授联合研究团队，将电子共振诱导拉曼散射（ER-SRS）技术与非荧光分子探针（RANMP）相结合，开发出一种能够实时确认单个分子行为的单分子显微镜技术。
ER-SRS是一种通过将激光频率匹配到分子的电子跃迁（吸收）区和振动频率，从而放大拉曼信号的技术；RANMP则是指一类被设计为既能产生强拉曼信号、又具有强近红外吸收，同时不发射荧光的分子。
“单分子显微镜”和“超多重成像”技术是现代生命科学的核心工具。尤其是通过分析细胞内多种分子位置信息来绘制生物体地图的空间组学（spatial omics）研究，正呈现出快速发展的态势。
空间组学是一种同时分析细胞内基因与蛋白质位置信息、从而完成生物体地图构建的下一代生命科学技术，被广泛应用于疾病精密诊断、新药开发以及生命体机制阐明等领域。
然而，现有的荧光成像技术由于光谱带宽较宽，可区分的分子数量存在上限。为克服这一问题而提出的电子共振诱导型拉曼散射技术，如要在单分子水平获得足够灵敏度，最终仍不得不依赖荧光检测方式，因此在实用化方面面临困难。
与此不同的是，联合研究团队将自主开发的激光系统与新型拉曼活性分子探针相结合，实现了在无需荧光检测的情况下，直接检测单个分子的成像技术。
通过能够自由调节激光波长的“独立调谐双激光系统”和不发射荧光的“非荧光分子探针”，有效抑制了传统方法中的背景信号，使拉曼信号被放大了200倍以上，从实验上证明了可以达到单分子水平的检测灵敏度。
尤其是，联合研究团队利用拉曼光谱法的高分辨能力，在“双重成像”中成功同时区分并观测到频率差低于1纳米的两种分子。这一成果表明，该技术有望扩展至必须在复杂生物体系中同时识别多种分子的空间组学领域。
此次研究解决了长期以来的难题——“单分子拉曼信号检测”，在这一基础上提出了超越荧光技术物理极限的新型生物成像可能性，具有重要意义。
Shim Sanghee 教授表示：“联合研究团队通过分子振动信号来区分生物分子，克服了传统荧光技术的光谱重叠问题，开启了超高分辨率成像的新篇章。今后若将其与特定细胞器靶向功能等相结合，有望发展为能够在活细胞内精确追踪与疾病相关分子的下一代生物成像平台。”
另一方面，本研究得到了科学技术信息通信部和韩国研究财团推进的中坚研究项目等的资助。研究成果已于1月29日发表在国际学术期刊《Nature Communications》在线版上。
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