拉曼效应通过分子特有的振动模式来感知分子。在显微镜中使用这种能力，可以在不使用标签的情况下生成化学选择性图像。CRS显微镜建立在这些特性的基础上，但改进了拉曼显微镜的一个关键弱点，即其不利的成像速度。通过非线性CRS机制提供了更高的图像采集率，这意味着拉曼效应现在可以用于活细胞和组织的无标签映射——快速成像能力的应用至关重要。
相干拉曼显微系统的发展中遇到的新挑战
尽管CRS具有非常理想的成像特性，但生物医学成像界对该技术的采用一直是一个缓慢且看似漫长的过程。CRS方法主要由一群敬业的开发人员推动，开始进入大学成像设施、神经科学实验室和临床环境。到本世纪末，CRS显微技术的商业化似乎有了足够的动力。打入市场的CRS成像系统是由奥林巴斯生产的，几年后又由徕卡微系统公司生产了专用的相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微镜。人们希望CRS显微镜技术能够扩展到生物成像的其他领域，并且该技术能够作为生物研究的常规工具占有一席之地。尽管令人印象深刻的研究表明，CRS可以映射脂类以外的各种生物化学化合物，但该方法并没有轻易摆脱其作为一种研究方法的声誉快速成像工具。由于许多仪器只存在于大型光学开发实验室中，因此缺乏广泛的应用。完整设备的高成本、复杂性和有限的供应商基础无疑导致了CRS的使用规模过小，但人们对技术开发的强烈关注也超过了应用。也许很能说明问题的是，奥林巴斯在推出CRS显微镜几年后就放弃了生产。
在寻找下一波成功的过程中，对CRS成像的局限性进行一定的反思是不可避免的。常见的CRS显微镜实现的缺点之一是利用窄带宽激光来驱动单个拉曼线，快速成像只产生关于振动光谱非常狭窄部分的信息。虽然比自发拉曼显微镜快几个数量级，但非线性拉曼成像的窄带宽版本提供的光谱信息远不如线性版本。要转变为真正的化学成像工具，需要在不显著影响CRS的速度优势的情况下扩大光谱含量。在这一需求的驱动下，2010年代的许多研究都致力于开发快速的高光谱CRS成像方法。
CRS的另一个局限性是敏感性。尽管独立的单层脂质双分子层成像在早期为生物应用带来了希望，但产生这种信号所需的分子数量仍然超过105。然而荧光显微镜技术可以捕捉到来自单个分子的信号，即使是敏感的CRS方法也需要成千上万个目标分子来产生可检测的信号。因此，关注提高灵敏度是扩大CRS技术使用的重要策略。
CRS成像的对比度来源于分子化合物的振动特征。对于内源性分子，这种标记的数量是有限的。大量的物种和有限数量的振动特征的结合导致了重叠带结构的密集光谱。在这种背景下识别单个物种构成了振动光谱学的基本挑战。因此，提高CRS分子特异性的方法有机会使该技术得到更广泛的应用。
上述这三个性能目标，高光谱成像速度，灵敏度和分子特异性，在过去十年中，已成为CRS显微镜领域发展的重要动力。
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