《Science Advances》發表了一項關于中紅外高光譜成像（MIR-HSI）技術的重要研究成果。研究團隊通過將表面等離子體（plasmon）與表面聲子（phonon）相結合，構建了一種新型雙模式納米天線系統，成功實現了對復雜生物分子的高靈敏度、高空間分辨率成像，尤其在病毒蛋白識別方面展現出良好潛力。

技術核心：雙模式納米天線與偏振調控

研究團隊設計了一種不對稱十字形雙層納米天線結構，上層為金制等離子體天線，下層為二氧化硅聲子天線。通過調控入射光的偏振方向，可分別激發表面等離子體模式與表面聲子模式。等離子體模式主要用于增強分子振動信號的探測，而聲子模式則對分子的折射率變化具有響應，二者形成互補的信息維度。

突破難點：應對光譜重疊，提升識別精度

在新冠病毒等病原體的檢測中，不同蛋白或變異體的紅外吸收光譜常存在嚴重重疊，給精準識別帶來挑戰。該研究通過同時采集等離子體信號與聲子信號，并結合多模態深度神經網絡進行處理，有效區分了兩種光譜高度重疊的新冠病毒刺突蛋白混合樣本，分類準確率得到顯著提升。

應用展示：從實驗室樣本到臨床唾液檢測

研究在多個層面驗證了該系統的實用性：

1. 蛋白種類分類：對混合的刺突蛋白實現了93.4%的分類準確率。

2. 濃度預測與光譜重建：通過深度學習模型，可預測混合樣本中各成分的濃度，并重建出其單獨的光譜。

3. 單分子層高光譜成像：成功對固定在器件上的蛋白單分子層進行了空間分布成像。

4. 臨床唾液樣本分析：對新冠病毒感染者的唾液樣本進行檢測，觀察到病毒蛋白信號隨病程時間的變化趨勢。

技術特點與意義

該方法的主要優勢體現在：

l 無需標記：直接檢測蛋白自身的紅外特性，避免復雜標記流程。

l 靈敏度較高：納米天線結構增強光與物質相互作用，有助于實現低濃度檢測。

l 提供空間信息：結合高光譜成像，可獲取目標分子的分布圖像。

l 信息維度豐富：等離子體與聲子雙模式提供互補的光譜特征，有助于解析復雜樣本。

展望

這項工作將表面聲子極化激元成功引入中紅外高光譜生物成像領域，通過納米光子學與人工智能算法的結合，為病原體檢測、蛋白質組學分析和藥物篩選等提供了一種新的成像引導式分子篩查工具。未來，隨著器件制備工藝的進一步優化，此類技術有望在生物醫學研究與臨床診斷中發揮積極作用。