拉曼成像技术的前沿进展及与聚集体科学的交叉研究

doi:10.7503/cjcu20260008

摘要/Abstract

摘要：

拉曼成像作为一种分子光谱技术，凭借其出色的特异性和高分辨率，在生命科学等领域得到了广泛的研究与应用. 然而其发展仍面临信号微弱、采集速度慢及穿透深度不足等挑战. 近年来，聚集科学的快速发展为解决拉曼成像的局限性提供了新思路. 聚集诱导发光（AIE）材料在聚集状态下会表现出增强的信号，有望弥补拉曼信号固有的微弱性. 本文综合评述了拉曼成像技术的前沿进展及其与聚集科学交叉研究的现状，重点阐述了通过分子工程构建AIE-拉曼双响应探针的策略，以实现荧光定位与拉曼定量之间的功能互补，从而显著提高检测的灵敏度和特异性. 这些探针在肿瘤手术导航、耐药菌诊疗及细胞器动态监测等应用中已展现出单细胞分辨率和高时空准确性. 我们还分析了该领域面临的挑战，如生物安全性和分子设计的复杂性，并对未来的发展方向进行了展望，包括智能响应探针、人工智能辅助分析以及多模态融合平台. 拉曼成像与AIE的融合将为医学成像等领域的突破性发展指明新方向.

关键词: 拉曼成像, 探针, 聚集体, 聚集诱导发光

Abstract:

Raman imaging， as a molecular spectroscopy technique， has been widely studied and applied in research fields such as life sciences and food safety due to its excellent specificity and high resolution. However， its development still faces challenges such as weak signals， slow acquisition speed， and insufficient penetration depth. In recent years， the rapid development of aggregate science has provided new insights for addressing these limitations. Aggregation-induced emission（AIE） materials exhibit enhanced signals in the aggregated state， which may compensate for the inherent weak Raman signals. This article reviews the cutting-edge progress of Raman imaging technology and its current status in cross-disciplinary research with aggregate science， emphasizing the strategy of constructing AIE-Raman dual-responsive probes through molecular engineering to achieve functional complementarity between fluorescence localization and Raman quantification， thereby significantly improving detection sensitivity and specificity. These probes have demonstrated single-cell resolution and high spatiotemporal accuracy in applications such as tumor surgical navigation， diagnosis and treatment of drug-resistant bacteria， and dynamic monitoring of organelles. We also analyze the bottlenecks in this field， such as biological safety and the complexity of molecular design， and outline the future development directions， including intelligent responsive probes， artificial intelligence-assisted analysis， and multimodal fusion platforms. The integration of Raman imaging and AIE sheds new light in the field of medical imaging.

Key words: Raman imaging, Probe, Aggregate, Aggregation-induced emission（AIE）

中图分类号:

O632

TrendMD:

李雨婷, 罗亮. 拉曼成像技术的前沿进展及与聚集体科学的交叉研究. 高等学校化学学报, 2026, 47(4): 20260008.

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图/表 6

Fig.1 Research progress of Raman imaging and its integration with aggregate science

Fig.2 Two enhancement principles of SERS: diagrams illustrating the electromagnetic field enhancement principle[61](A) and the chemical enhancement principle[62](B), utilizing "sugar nanoparticles" to achieve real⁃time intraoperative imaging and complete resection of the spontaneous breast cancer model in mice[58](C), the images obtained by using ratio⁃type Raman probes on tumor tissues and control tissues[58](D), imaging pH fluctuations with RHP@AuS in KA model mice[78](E)（A） Copyright 2024， American Chemical Society；（B） Copyright 2021， American Chemical Society；（C， D） Copyright 2024， Wiley⁃VCH；（E） Copyright 2025， Wiley⁃VCH.

Fig.3 TERS images of the living cell membrane[84](A), compared with Confocal Raman, TERS reveals the heterogeneous distribution of membrane components at the nanoscale[84](B), schematic of dCERS[86](C), and the schematic diagram of rapid AFST using SRS metabolic imaging and a bacterial SRS image based on C—D peaks[87](D)

Fig.4 Schematic illustration of the SERS measurement using an AgNP cluster based on SAW[92](A), the device based on NAEBs and equipped with a flow cytometry chip for detecting stem cells, along with the Raman test results[93](B), the BzBMN probe enhances Raman signals through enzyme⁃ controlled aggregation⁃induced mechanism[94](C), utilizing the formation of aggregates for targeted enzyme⁃selective in vitro imaging of the tissue[95](D)（A） Copyright 2024， Elsevier；（B） Copyright 2025， Elsevier；（C） Copyright 2025， American Chemical Society；（D） Copyright 2023， American Chemical Society.

Fig.5 Design Strategy and Synthetic Route of AIE⁃SRS⁃Mito[97](A), SRS and TPEF properties of AIE⁃SRS⁃Mito[97](B), the cell surface glycan imaging was achieved using the cationic probe 1 through fluorescence and SERS methods[98](C), receptor R⁃1 and its interaction with CO2[99](D), the fluorescence and Raman properties of CP0[100](E)（A） Copyright 2017， American Chemical Society；（B） Copyright 2023， American Chemical Society；（C） Copyright 2019， RSC；（D） Copyright 2021， Wiley-VCH.

Fig.6 Dual⁃mode live cell imaging using FL⁃SRS[97](A), Mitochondrial specificity of AIE⁃SRS⁃Mito[97](B), the R⁃1 aggregate exhibits reversible bimodal signal attenuation in response to changes in CO2 concentration[99](C), TEM images of TPE⁃In⁃PSA@Au nanoprobe and corresponding visual color changes[101](D), Raman imaging of LNCaP and HeLa cells with TPE⁃In⁃PSA@Au nanoprobes[101](E), the tumor lesions of 4T1 tumor⁃bearing mice were fluorescently located and Raman cleared using CP0 nanoprobes[100](F)

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