胆固醇作为生命活动中的关键分子，在细胞膜流动性维持、信号分子合成等多个生理过程中扮演着重要角色。准确追踪胆固醇在活体系统中的动态分布对理解相关疾病机制具有重要意义。然而，传统荧光标记方法需要引入大体积荧光团，会干扰小分子的正常行为；而常规受激拉曼散射（SRS）显微镜虽可实现无标记检测，但在区分结构相似的生物分子方面仍面临C-H键振动峰重叠等挑战。如何在保持高灵敏度的同时提高分子选择性，成为该领域亟待解决的关键问题。

最近，浙江大学的张德龙研究员、Hyeon Jeong Lee研究员及其团队开发了一种新型的正交相移偏振受激拉曼散射（QP²-SRS）显微镜技术。该技术通过同时检测三阶非线性极化率的平行和垂直分量，成功实现了对胆固醇等脂质在复杂生物系统中的高特异性、高精度动态追踪。

研究团队巧妙地利用了分子振动对称性这一潜在物理特性，通过正交相位调制技术，在单次测量中同时获取两个正交偏振态的信息。以受激拉曼散射的三阶非线性极化率（）为理论基础，通过对激发光偏振态的精确调控，实现了的平行（）与垂直（）两个分量的同步检测。通过引入相移的偏振调制机制，QP²-SRS打破了传统SRS中在高波数区成像的化学特异性受限的瓶颈，在不依赖外源标记的前提下，使不同生物分子的光谱响应更加区分明显。

实验结果表明，QP²-SRS在区分胆固醇和甘油三酯方面的能力比传统SRS提高了约10倍，定量精度提升了5倍。这种显著的性能提升源于该技术不仅捕获了传统SRS的偏振拉曼分量，还检测到了包含丰富分子结构信息的去偏振分量。

进一步地，研究团队利用QP²-SRS技术研究了非酒精性脂肪肝病（NAFLD）小鼠模型中的脂质代谢变化。他们发现，与正常饮食组相比，高脂饮食组小鼠肝脏中的脂滴体积增大约8倍，且主要成分为甘油三酯。值得注意的是，由于QP²-SRS技术的高定量精度，他们发现异常大脂滴内部的胆固醇分布呈现不均匀的现象，这可能成为NAFLD进展的标志性特征，为疾病的早期诊断提供了新的影像学手段。

为实现高通量动态检测，研究团队还开发了单次采集QP²-SRS技术，成功实现了活体线虫（C. elegans）中脂质动态的实时追踪。在长达9分钟的连续观察中，他们记录到了脂滴的定向运动和聚集行为，以及脂滴成分的动态变化，展现了该技术在活体成像中的显著优势。

QP²-SRS拓展了拉曼本身的光谱维度，更在无标记活体成像、脂代谢疾病研究、化学构效研究等多个前沿方向展现出广阔的应用潜力。该工作的创新之处在于：（1）通过正交相位调制实现了拉曼张量的全面测量，将光谱信息扩展到新的维度；（2）显著提高了结构相似分子的区分能力，特别是胆固醇与其他脂质的识别；（3）保持了SRS的高速成像优势，可实现活体实时追踪；（4）系统简单易于推广，仅需在常规SRS系统基础上增加偏振调制模块。

High-Specificity Spatiotemporal Cholesterol Detection by Quadrature Phase-Shifted Polarization Stimulated Raman Imaging

Yongqing Zhang, Xinyu Deng, Siming Wang, Wenyu Zhou, Zhengyan Wu, Xiaobin Tang, Dr. Hyeon Jeong Lee, Dr. Delong Zhang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202505038