高光谱相干拉曼 SRS：解锁蛋白质二级结构的微观真相！

研究背景

在生命科学微观领域，蛋白质是执行细胞功能的核心分子，其空间折叠与动态相分离，直接决定细胞稳态与生理活动的正常运行。一旦蛋白质折叠错误、发生异常聚集，便会引发一系列严重病变。阿尔茨海默病、渐冻症、帕金森病等神经退行性疾病，核心病理机制均与蛋白质从天然可溶状态逐步转变为异常固态聚集体密切相关。

因此，在天然生理环境中原位、实时、无干扰地观测蛋白质的构象变化与相分离全过程，不仅是分子生物学的重大科学问题，更是破解重大疾病机理、实现早期诊断与药物研发的关键突破口。

但传统研究技术始终存在四大痛点：

信号弱：蛋白质微观结构信号微弱，单分子、亚细胞层面的结构变化难以被捕捉；

干扰大：荧光标记易打乱蛋白质天然状态，导致观测结果失真；

速度慢：仅能拍摄静态快照，无法追踪相分离、聚集等快速动态过程；

场景窄：冷冻电镜、X 射线衍射需复杂样品处理，仅能观测死样本，无法还原活细胞内的真实生理情况。

研究成果

2025年，来自清华大学 Yi Lin 教授、Fanghao Hu 教授 团队在国际顶级期刊《Nature Communications》发表重磅研究，依托高光谱相干拉曼（SRS）成像技术，首次实时记录蛋白质相分离的完整动态过程，攻克了长期困扰科研界的技术瓶颈。

这项研究也向全球印证，高光谱相干拉曼SRS技术正成为蛋白质结构研究、神经退行性疾病机制探索的核心工具：它首次在天然生理环境下，无标记、高清晰、动态化解析出蛋白质从正常到病理状态的结构变化，为相关疾病研究打开了全新视角。

数据实证：四大维度刷新蛋白质研究上限

依托高光谱相干拉曼SRS技术的信号增强与精准探测能力，这项顶刊研究实现了对传统技术的全面突破，充分印证了该技术的前沿应用潜力：

信号显著增强

聚焦蛋白质专属特征波段，成功提取四种核心结构的特征信号，信号强度较传统拉曼技术大幅提升，检测结果与标准数据偏差不到5%，精准度拉满，彻底解决信号弱的难题。

成像速度升级

支持实时动态成像与长时间追踪，成功记录FUS蛋白凝聚体48小时形态转变，毫秒级帧率精准捕捉相分离、聚集的关键瞬间，不遗漏任何动态研究细节。

无标记更真实

无需荧光标记、样品染色，直接通过蛋白质自身特性成像，完美还原其在活细胞内的天然状态，避免外来干扰，让观测结果更贴合真实生理情况。

适配范围更广

可实现全场景稳定成像，体外蛋白溶液、活细胞、动物组织样本均能精准观测，既能看清蛋白浓度与结构变化，也能捕捉亚细胞层面细微差异，适配各类研究需求。

图1为高光谱相干拉曼SRS显微成像示意图
图1a：以原子级视角展示α-螺旋、β-折叠及延伸结构的酰胺主链排布，标注了α-螺旋和β-折叠的分子内氢键与延伸结构的分子间氢键。
图1b：在酰胺I带（1600-1720cm⁻¹）中划分出四种二级结构的特征波数区间，为结构识别提供 “光谱分区依据”。
图1c：呈现BSA（高α-螺旋）、溶菌酶、溶菌酶原纤维（高β- 折叠）的SRS光谱，三者间14cm⁻¹的峰移直观体现技术对结构变化的高敏感性。
图1d：通过2个洛伦兹峰+3个高斯峰的组合拟合酰胺I带总光谱，将其拆解为四种二级结构的特征峰，拟合偏差<5%。

相干拉曼：蛋白微观研究的应用场景

基于清华大学团队的前沿实验结果，依托高光谱拉曼成像技术无标记、原位、高分辨率的核心优势，在蛋白质结构与功能研究中展现出强大应用实力：

相分离观测：ALS 相关蛋白全程可视化天然水相无标记观测，清晰捕捉渐冻症相关蛋白相分离全程，实现150 倍以上蛋白富集，精准定量浓度与结构占比，直观看蛋白从松散结构向有序β-折叠转变。

蛋白老化追踪：精准锁定病变起始位点时间分辨成像全程追踪蛋白老化，明确凝析物表面为病变起始点，清晰捕捉β-折叠微区从形成、扩大到固相聚集体的全过程，精准识别突变蛋白加速老化特征。

突变结构分析：细微变化精准量化针对蛋白氨基酸突变，精准量化结构细微改变，清晰区分不同突变的影响效应，发现突变数量阈值规律，关键突变可直接改变蛋白聚集状态。

活细胞研究：还原蛋白天然真实状态无需荧光标记，无干扰观测活细胞内蛋白聚集，发现3 种不同结构的天然聚集体，精准检测真实浓度，让研究结果更贴合生物生理实际。

动物组织检测：精准定位蛋白异常区域在复杂动物组织中，避开脂质、核酸等干扰，精准识别蛋白错误折叠的异常热点区域，β-折叠占比高出周围8%，实现组织水平蛋白异常的精准定位，为衰老、疾病研究提供核心依据。

图2为药物干预后蛋白质成像对比图
图2a：药物干预前蛋白质成像图，清晰呈现异常聚集的蛋白质，明确干预前基线状态。
图2b：药物干预前蛋白质结构定量图，量化干预前异常蛋白的结构比例，为后续对比提供数据支撑。
图2c：药物干预后蛋白质成像图，可见异常蛋白聚集体明显解聚，直观呈现干预效果；
图2d：药物干预后蛋白质结构定量图，精准量化解聚后蛋白结构比例，明确干预效果的量化差异，凸显技术在药物筛选中的实用价值。

振电科技UltraView：让前沿技术触手可及

这项研究的技术突破，离不开高精准度的高光谱相干拉曼SRS成像系统，而这正是振电科技的深耕领域。依托该研究的核心技术逻辑，振电科技推出UltraView多模态非线性光学显微成像系统，将前沿复杂技术转化为开箱即用的科研利器，专为高校、科研院所、医院科研部门打造，让普通实验室也能轻松开展顶刊级研究。

四大亮点，精准匹配蛋白质研究需求

极致信号增强

依托相干拉曼放大效应，大幅提升蛋白质结构信号强度，低浓度、单颗粒样品也能稳定捕获清晰信号，彻底解决传统技术信号弱、看不见的痛点，精准匹配蛋白质二级结构探测需求。

高速动态成像

成像速度可达10帧/秒，支持长时间连续观测，可实时追踪蛋白质相分离、聚集的全过程，像高清视频一样清晰记录每一个关键细节，不遗漏任何动态变化。

无标记+多模态集成

无需荧光标记，直接探测蛋白质固有振动特征，还原样本天然状态。同时无缝集成双光子荧光、二次谐波等成像模式，一台设备实现化学组成、形态结构、特定标记的多维度观测，获取更全面研究数据。

全场景适配+智能便捷操作

兼容体外溶液、活细胞、组织切片等多种样本，无需复杂前处理；支持定制化界面、自动化对焦与数据采集，新手也能快速上手；还可按需选配双光子、自发拉曼等模块，适配生命科学、材料科学等多领域研究需求。

从过去看不清蛋白质的真实动态，到如今可实时追踪其相分离与结构变化，高光谱相干拉曼SRS成像技术为生命科学研究打开了全新大门。振电科技正是这一前沿技术产业化的核心推动者，我们深耕分子光谱成像研发，致力于让复杂高端的微观观测技术，变得更实用、更易用，真正贴近科研人员的实际需求。