Raman-spectroscopie wordt veel gebruikt in de analytische wetenschappen om moleculen te identificeren via hun structurele vingerafdruk. In de biologische context biedt de Raman-respons een waardevol labelvrij specifiek contrast dat het mogelijk maakt om verschillende cel- en weefselinhoud te onderscheiden. Helaas, spontane Raman-verstrooiing is erg zwak, meer dan tien ordes van grootte zwakker dan fluorescentie. Niet verrassend, fluorescentiemicroscopie is vaak de voorkeurskeuze voor toepassingen zoals live cell imaging. Gelukkig, Raman kan dramatisch worden verbeterd op metalen oppervlakken of in metalen nanogaps en deze oppervlakteversterkte Raman-verstrooiing (SERS) kan zelfs de fluorescentierespons overwinnen. Nanometrische SERS-sondes zijn dus veelbelovende kandidaten voor biologische detectietoepassingen, behoud van de intrinsieke moleculaire specificiteit. Nog altijd, de effectiviteit van SERS-sondes hangt kritisch af van de deeltjesgrootte, stabiliteit en helderheid, en, tot dusver, Op SERS-sonde gebaseerde beeldvorming wordt zelden toegepast.

Nu ICFO-onderzoekers Matz Liebel en Nicolas Pazos-Perez, werkend in de groepen van ICREA-hoogleraren Niek van Hulst (ICFO) en Ramon Alvarez-Puebla (Univ. Rovira i Virgili) hebben 'holografische Ramanmicroscopie' gepresenteerd. Eerst, ze synthetiseerden plasmonische superclusters uit kleine bouwstenen van nanodeeltjes, om zeer sterke elektrische velden op te wekken in een beperkte clustergrootte. Deze extreem heldere SERS-nanosondes vereisen een zeer lage lichtblootstelling in het nabij-infrarood, waardoor mogelijke fotoschade van levende cellen tot een minimum wordt beperkt, en breedveld Raman-beeldvorming mogelijk te maken. Tweede, ze maakten gebruik van de heldere SERS-sondes om 3D-holografische beeldvorming te realiseren, met behulp van het schema voor onsamenhangende holografische microscopie ontwikkeld door Liebel en team in een studie in wetenschappelijke vooruitgang . Opmerkelijk, de onsamenhangende Raman-verstrooiing is gemaakt om "zichzelf te storen" om voor de eerste keer Raman-holografie te bereiken.

Liebel en Pazos-Perez demonstreerden Fourier-transformatie Raman-spectroscopie van de wide-field Raman-afbeeldingen en waren in staat om single-SERS-deeltjes in 3D-volumes te lokaliseren vanuit één enkele opname. De auteurs gebruikten deze mogelijkheden vervolgens om afzonderlijke SERS-nanodeeltjes in levende cellen in drie dimensies te identificeren en te volgen.

De resultaten, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie vertegenwoordigen een belangrijke stap in de richting van multiplex single-shot driedimensionale concentratiemapping in veel verschillende scenario's, inclusief ondervraging van levende cellen en weefsels en mogelijk toepassingen ter bestrijding van namaak.