從藥品和消費者健康產(chǎn)品到農(nóng)用化學(xué)品和油漆，霜劑、糊劑、凝膠、乳劑和片劑常見于眾多制造領(lǐng)域。為提高有效性以及產(chǎn)品性能和安全性，有必要了解產(chǎn)品中各成分之間的相互作用。具備能評估活性成分的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性并對其輸送進行可視化的技術(shù)對配方產(chǎn)品制造業(yè)而言具有重大價值。

成分分布可視化

受激拉曼散射（SRS）和相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）可提供具有高空間和時間分辨率的無標記化學(xué)信息，因此非常適合用于可視化配方產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，包括監(jiān)測單一成分在使用期間的所帶來的結(jié)果（包括在使用期間監(jiān)測單一組分的命運）。通過選擇適當(dāng)?shù)睦�曼位移，可以從預(yù)先存在的單個成分的拉曼光譜（圖1左），或從獲取λ掃描生成的SRS光譜（見下文，以及圖3中的示例）進行SRS對比，從而對單一成分進行成像。

圖1：左：在532nm激發(fā)下獲得的石蠟（紅色）和水（藍色）的自發(fā)拉曼光譜。右：用SRS顯微鏡對商業(yè)水乳劑配方進行成像，以顯示凡士林油相（紅色，2850 cm^-1處的CH₂鍵）vs水相（藍色，3400 cm^-1處的O-H鍵）。通過簡單地將一小滴樣品置于兩個蓋玻片之間，準備進行正向SRS成像。

除了這些對比波數(shù)外，還應(yīng)在附近預(yù)期無拉曼強度的波數(shù)處獲取“非共振”控制圖像（見圖2中的示例），從而確保檢測到的信號基于拉曼光譜，并能識別任何雜散信號，如激光吸收產(chǎn)生的偽影。在各成分/相的所需波數(shù)下獲得圖像后，可將圖像合并成一個復(fù)合圖像，從而了解材料中不同成分之間的關(guān)聯(lián)性。除了SRS對比，還可通過使用二次諧波生成或熒光等方法來同時成像，獲得其他結(jié)構(gòu)信息。圖2中的圖像顯示了用SRS顯微鏡成像的防曬霜樣品中油vs水的相位分布，以及用SHG可視化的氧化鋅顆粒。

圖2：用SRS和SHG顯微鏡對防曬霜配方進行成像，用正向SRS顯示油相vs水相，用epi-SHG顯示氧化鋅顆粒分布。
 

生成SRS光譜以提供化學(xué)和結(jié)構(gòu)信息

SRS光譜可通過執(zhí)行λ掃描來生成，在此期間，SRS圖像在泵浦光束的波長上以非常小的增量被捕獲，以生成跨越感興趣波數(shù)范圍的圖像棧。圖3顯示了在含有多種活性成分的皮膚用藥物配方上獲得的這種λ掃描圖像棧。當(dāng)泵浦光束掃過與拉曼光譜的指紋區(qū)相對應(yīng)的波長時，不同的成分依次受到激發(fā)，因為其波數(shù)受到刺激。獲得這些圖像棧后，可立即選擇相關(guān)特征來生成感興趣區(qū)域（ROI）。從這些ROI中，通過繪制ROI SRS信號強度和泵浦光束波長（可轉(zhuǎn)換為波數(shù)）的關(guān)系，生成SRS光譜。有時，為波長堆棧中所有圖像生成最大投影有助于在一張圖像中實現(xiàn)所有特征的可視化，確保不會遺漏任何重要特征。

皮膚用藥物配方的SRS λ掃描圖像堆棧。

圖3：左：皮膚用藥物配方的SRS λ掃描。從顯示的圖像棧中創(chuàng)建的最大投影圖像，注釋描述了ROI。在約2000 cm^-1至1000 cm^-1的范圍內(nèi)，以泵浦光束的0.1 nm增量獲取圖像。右：各ROI的SRS光譜根據(jù)SRS信號強度和波長繪制而成。

從λ掃描中生成SRS光譜后，可立即將這些光譜與單一成分的自發(fā)拉曼光譜進行比較。將光譜信息與圖像中的形態(tài)信息相結(jié)合，對配方的問題分析具有重大價值，如識別是否存在多晶、共晶或氧化產(chǎn)物。

皮膚中成分滲透的可視化

除了分析配方本身的特性外，SRS顯微鏡也可用于對單一成分使用后帶來的最終結(jié)果進行可視化。例如，監(jiān)測化學(xué)品在皮膚中的滲透，這在藥物輸送和化學(xué)風(fēng)險評估中具有極其重要的應(yīng)用價值。圖4顯示了4-氰基苯酚給藥后皮膚的圖像。將組織冷凍切片，用SRS成像，以在2235 cm^-1（品紅色）處通過腈基官能團的對比來顯示這種化合物的分布。在2850 cm^-1處使用CH2鍵振動模式（紅色）、在1666 cm^-1處采用酰胺I（藍色）以及使用SHG通道的膠原蛋白分布（綠色），對皮膚結(jié)構(gòu)進行可視化。