空間オフセットラマン分光法

空間オフセットラマン分光法（SORS）^[1]はラマン分光法の一種で、組織、コーティング、ボトルなどの隠蔽表面の下の物体の高精度な化学分析を可能にします。使用例としては、皮膚の下の骨、^[2]プラスチックボトル内の錠剤、^[3]容器内の爆発物^[4]ブリスターパック内の偽造錠剤の分析などがあります。また、SORSを使用した深部非侵襲医療診断の開発も進み、乳房腫瘍の検出が可能になることが期待されています。

ラマン分光法は、単色光の非弾性散乱イベントを利用して、サンプルのスペクトル特性を生成します。この技術では通常、分子内の振動運動によりエネルギーを失った単色光によって生成される赤方偏移した光子を使用します。色の変化と非弾性散乱の確率は、光子を散乱させる分子の特性です。分子は 10 ～ 20 本以上の主要線を生成することがありますが、これは結合の数と対称性の制約によってのみ制限されます。重要なのは、混合物によって生成されるスペクトルが成分スペクトルの線形結合を形成するため、化学測定分析を使用した簡単な分光測定で相対的な化学含有量を決定できることです。

従来のラマン分光法は、拡散散乱物体の表面付近に限定されています。たとえば、組織の場合、表面物質の最初の数百マイクロメートルの深さに限定されます。ラマン分光法は、その高い化学的特異性により表面の化学マッピング（たとえば、錠剤マッピング）が可能な多くの用途でこの目的で使用されています。^[5] レーザー励起領域では信号強度が高く、収集された信号の大部分を占めるため、拡散散乱サンプルの表面を超えた測定は制限されます。

基本的な SORS 技術は、英国のラザフォード アップルトン研究所の Pavel Matousek、Anthony Parker および共同研究者によって発明され、開発されました。この方法は、ほとんどの物質が光に対して完全に透明でも完全に遮断もせず、光を散乱させる傾向があるという事実に基づいています。たとえば、赤色レーザー ポインターが指の先端を照らすと、光は指の組織全体に散乱します。光が向かう場所では、ラマン効果による非弾性散乱が発生するため、ある時点で、物体のほとんどの部分で、たとえ表面でなくても、検出可能なラマン信号が生成されます。SORS の秘訣は、支配的な励起領域を避けて測定を行うことです。

SORS 測定では、少なくとも 2 回のラマン測定が行われます。1 回は光源で、もう 1 回は通常数ミリメートル離れたオフセット位置で行われます。スケール減算を使用して 2 つのスペクトルを減算すると、表面下と表面のスペクトルを表す 2 つのスペクトルが生成されます。プラスチック ボトル内の粉末などの単純な 2 層システムの場合、ボトルの材質やその相対的な信号寄与を知らなくても粉末スペクトルを測定できます。オフセット測定を使用せずにこれを行うと、ラマンによって生成される光子ショット ノイズと表面層から発生する蛍光信号によって大幅に制限されます。^[6]

スケール減算は 2 層システムではうまく機能しますが、上層の材料にサブ層に含まれる成分 (生体組織など) が含まれているなど、より複雑な例では、多変量解析が必要になる場合があります。主成分分析などの多変量手法を使用する場合は、さまざまなオフセット距離で複数のスペクトルを取得する必要があります。空間オフセットが増加すると、サブサーフェス/表面のスペクトル寄与率が増加します。ただし、オフセットが増加すると総信号も減少するため、実際の測定では比率が永久に増加することはできません。

逆SORS ^[7]はSORSの有用なサブバリアントであり、生体内の組織分析などの特定の測定を改善する。スポット収集ジオメトリと円形スポットを照明に使用するのではなく、収集領域を中心とした光のリングでサンプルを照らすことで、一定のオフセットを維持することができる。これには、総電力密度を下げ、オフセット距離を簡単に操作できるなど、いくつかの利点がある。

マイクロ空間オフセットラマン分光法（マイクロSORS）はSORSと顕微鏡法を組み合わせたものです。^[8] SORSとマイクロSORSの主な違いは空間分解能です。SORSはミリメートル単位の層の分析に適していますが、マイクロSORSはマイクロメートル単位の薄い層を解像することができます。