Abstract
Through carrying out Raman spectroscopy under a microscope, we can observe the molecular distribution and dynamics of living cells in situ without staining or labeling. In general, Raman microscopy/microspectroscopy is classified into spontaneous Raman microscopy/microspectroscopy and nonlinear Raman microscopy/microspectroscopy. This review will first summarize the historical development of Raman microscopes, and will discuss in detail their instrumentation and applications.
Similar content being viewed by others
References
M. Delhaye and P. Dhamelincourt: J. Raman Spectrosc. 3 (1975) 33.
G. J. Rosasco, E. S. Etz, and W. A. Cassatt: Appl. Spectrosc. 29 (1975) 396.
G. J. Puppels, F. F. de Mul, C. Otto, J. Greve, M. Robert-Nicoud, D. J. Arndt-Jovin, and T. M. Jovin: Nature 347 (1990) 301.
Y.-K. Min, T. Yamamoto, E. Kohda, T. Ito, and H. Hamaguchi: J. Raman Spectrosc. 36 (2005) 73.
M. D. Duncan, J. Reintjes, and T. J. Manuccia: Opt. Lett. 7 (1982) 350.
A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie: Phys. Rev. Lett. 82 (1999) 4142.
M. Hashimoto, T. Araki, and S. Kawata: Opt. Lett. 25 (2000) 1768.
J. X. Cheng, Y. K. Jia, G. F. Zheng, and X. S. Xie: Biophys. J. 83 (2002) 502.
G. W. H. Wurpel, J. M. Schins, and M. Muller: Opt. Lett. 27 (2002) 1093.
C. L. Evans, E. O. Potma, M. Puoris’haag, D. Cote, C. P. Lin, and X. S. Xie: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (2005) 16807.
F. Ganikhanov, S. Carrasco, X. S. Xie, M. Katz, W. Seitz, and D. Kopf: Opt. Lett. 31 (2006) 1292.
Coherent Raman Scattering Microscopy, ed. J.-X. Cheng and S. X. Xie (CRC Press, Boca Raton, FL, 2012).
N. Dudovich, D. Oron, and Y. Silberberg: Nature 418 (2002) 512.
T. Ichimura, N. Hayazawa, M. Hashimoto, Y. Inouye, and S. Kawata: Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 220801.
R. D. Schaller, J. Ziegelbauer, L. F. Lee, L. H. Haber, and R. J. Saykally: J. Phys. Chem. B 106 (2002) 8489.
M. Cui, B. R. Bachler, and J. P. Ogilvie: Opt. Lett. 34 (2009) 773.
C. W. Freudiger, M. B. J. Roeffaers, X. Zhang, B. G. Saar, W. Min, and X. S. Xie: J. Phys. Chem. B 115 (2011) 5574.
B. R. Bachler, M. E. Fermann, and J. P. Ogilvie: Opt. Express 20 (2012) 835.
E. O. Potma, W. P. de Boeij, P. J. M. van Haastert, and D. A. Wiersma: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (2001) 1577.
E. Ploetz, S. Laimgruber, S. Berner, W. Zinth, and P. Gilch: Appl. Phys. B 87 (2007) 389.
C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holtom, C. W. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie: Science 322 (2008) 1857.
B. G. Saar, C. W. Freudiger, J. Reichman, C. M. Stanley, G. R. Holtom, and X. S. Xie: Science 330 (2010) 1368.
Y. Ozeki, F. Dake, S. i. Kajiyama, K. Fukui, and K. Itoh: Opt. Express 17 (2009) 3651.
F. Ganikhanov, C. L. Evans, B. G. Saar, and X. S. Xie: Opt. Lett. 31 (2006) 1872.
D. L. Zhang, M. N. Slipchenko, D. E. Leaird, A. M. Weiner, and J. X. Cheng: Opt. Express 21 (2013) 13864.
J. P. Pezacki, J. A. Blake, D. C. Danielson, D. C. Kennedy, R. K. Lyn, and R. Singaravelu: Nat. Chem. Biol. 7 (2011) 137.
J. X. Cheng, A. Volkmer, L. D. Book, and X. S. Xie: J. Phys. Chem. B 106 (2002) 8493.
M. Müller and J. M. Schins: J. Phys. Chem. B 106 (2002) 3715.
T. W. Kee and M. T. Cicerone: Opt. Lett. 29 (2004) 2701.
H. Kano and H. Hamaguchi: Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 121113.
G. I. Petrov and V. V. Yakovlev: Opt. Express 13 (2005) 1299.
Y. Ozeki, W. Umemura, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh: Opt. Lett. 37 (2012) 431.
D. Fu, F. K. Lu, X. Zhang, C. Freudiger, D. R. Pernik, G. Holtom, and X. S. Xie: J. Am. Chem. Soc. 134 (2012) 3623.
L. Opilik, T. Schmid, and R. Zenobi: Annu. Rev. Anal. Chem. 6 (2013) 379.
M. Okuno and H. Hamaguchi: Opt. Lett. 35 (2010) 4096.
N. J. Everall: Appl. Spectrosc. 63 (2009) 245A.
E. O. Potma, C. L. Evans, and X. S. Xie: Opt. Lett. 31 (2006) 241.
E. T. Garbacik, J. P. Korterik, C. Otto, S. Mukamel, J. L. Herek, and H. L. Offerhaus: Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 253902.
S. Brustlein, P. Ferrand, N. Walther, S. Brasselet, C. Billaudeau, D. Marguet, and H. Rigneault: J. Biomed. Opt. 16 (2011) 021106.
J. L. Suhalim, J. C. Boik, B. J. Tromberg, and E. O. Potma: J. Biophotonics 5 (2012) 387.
T. Minamikawa, M. Hashimoto, K. Fujita, S. Kawata, and T. Araki: Opt. Express 17 (2009) 9526.
B. von Vacano, T. Buckup, and M. Motzkus: Opt. Lett. 31 (2006) 2495.
K. Isobe, A. Suda, M. Tanaka, H. Hashimoto, F. Kannari, H. Kawano, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa: Opt. Express 17 (2009) 11259.
I. Pope, W. Langbein, P. Watson, and P. Borri: Opt. Express 21 (2013) 7096.
J. X. Cheng, A. Volkmer, and X. S. Xie: J. Opt. Soc. Am. B 19 (2002) 1363.
W. Min, C. W. Freudiger, S. J. Lu, and X. S. Xie: Annu. Rev. Phys. Chem. 62 (2011) 507.
J. K. Ranka, R. S. Windeler, and A. J. Stentz: Opt. Lett. 25 (2000) 25.
M. Balu, G. J. Liu, Z. P. Chen, B. J. Tromberg, and E. O. Potma: Opt. Express 18 (2010) 2380.
S. Murugkar, B. Smith, P. Srivastava, A. Moica, M. Naji, C. Brideau, P. K. Stys, and H. Anis: Opt. Express 18 (2010) 23796.
B. Smith, M. Naji, S. Murugkar, E. Alarcon, C. Brideau, P. Stys, and H. Anis: Opt. Express 21 (2013) 17161.
F. Légaré, C. L. Evans, F. Ganikhanov, and X. S. Xie: Opt. Express 14 (2006) 4427.
B. G. Saar, R. S. Johnston, C. W. Freudiger, X. S. Xie, and E. J. Seibel: Opt. Lett. 36 (2011) 2396.
R. Shimada, H. Kano, and H.-o. Hamaguchi: Opt. Lett. 31 (2006) 320.
Y. S. Huang, T. Karashima, M. Yamamoto, and H. Hamaguchi: Biochemistry 44 (2005) 10009.
Y. Naito, A. Toh-e, and H. O. Hamaguchi: J. Raman Spectrosc. 36 (2005) 837.
K. Hamada, K. Fujita, N. I. Smith, M. Kobayashi, Y. Inouye, and S. Kawata: J. Biomed. Opt. 13 (2008) 044027.
H. Kataura, A. Kimura, Y. Ohtsuka, S. Suzuki, Y. Maniwa, T. Hanyu, and Y. Achiba: Jpn. J. Appl. Phys. 37 (1998) L616.
M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, R. Saito, and A. Jorio: Phys. Rep. 409 (2005) 47.
D. Graf, F. Molitor, K. Ensslin, C. Stampfer, A. Jungen, C. Hierold, and L. Wirtz: Nano Lett. 7 (2007) 238.
R. Zhang, Y. Zhang, Z. C. Dong, S. Jiang, C. Zhang, L. G. Chen, L. Zhang, Y. Liao, J. Aizpurua, Y. Luo, J. L. Yang, and J. G. Hou: Nature 498 (2013) 82.
M. Kakita, M. Okuno, and H. Hamaguchi: J. Biophotonics 6 (2013) 256.
I. Notingher, I. Bisson, A. E. Bishop, W. L. Randle, J. M. P. Polak, and L. L. Hench: Anal. Chem. 76 (2004) 3185.
J. W. Chan, D. K. Lieu, T. Huser, and R. A. Li: Anal. Chem. 81 (2009) 1324.
S. Kaminaka, H. Yamazaki, T. Ito, E. Kohda, and H. Hamaguchi: J. Raman Spectrosc. 32 (2001) 139.
A. Nijssen, T. C. B. Schut, F. Heule, P. J. Caspers, D. P. Hayes, M. H. A. Neumann, and G. J. Puppels: J. Invest. Dermatol. 119 (2002) 64.
M. Gniadecka, P. A. Philipsen, S. Sigurdsson, S. Wessel, O. F. Nielsen, D. H. Christensen, J. Hercogova, K. Rossen, H. K. Thomsen, R. Gniadecki, L. K. Hansen, and H. C. Wulf: J. Invest. Dermatol. 122 (2004) 443.
A. S. Haka, K. E. Shafer-Peltier, M. Fitzmaurice, J. Crowe, R. R. Dasari, and M. S. Feld: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102 (2005) 12371.
K. E. Shafer-Peltier, A. S. Haka, M. Fitzmaurice, J. Crowe, J. Myles, R. R. Dasari, and M. S. Feld: J. Raman Spectrosc. 33 (2002) 552.
M. Kazanci, H. D. Wagner, N. I. Manjubala, H. S. Gupta, E. Paschalis, P. Roschger, and P. Fratzl: Bone 41 (2007) 456.
E. Wentrup-Byrne, C. A. Armstrong, R. S. Armstrong, and B. M. Collins: J. Raman Spectrosc. 28 (1997) 151.
P. Fattibene, A. Carosi, V. De Coste, A. Sacchetti, A. Nucara, P. Postorino, and P. Dore: Phys. Med. Biol. 50 (2005) 1095.
P. J. Caspers, G. W. Lucassen, E. A. Carter, H. A. Bruining, and G. J. Puppels: J. Invest. Dermatol. 116 (2001) 434.
C. L. Zavaleta, B. R. Smith, I. Walton, W. Doering, G. Davis, B. Shojaei, M. J. Natan, and S. S. Gambhir: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106 (2009) 13511.
E. E. Hoover and J. A. Squier: Nat. Photonics 7 (2013) 93.
H. T. Chen, H. F. Wang, M. N. Slipchenko, Y. K. Jung, Y. Z. Shi, J. B. Zhu, K. K. Buhman, and J. X. Cheng: Opt. Express 17 (2009) 1282.
H. Segawa, M. Okuno, H. Kano, P. Leproux, V. Couderc, and H. Hamaguchi: Opt. Express 20 (2012) 9551.
T. Meyer, M. Chemnitz, M. Baumgartl, T. Gottschall, T. Pascher, C. Matthaus, B. F. M. Romeike, B. R. Brehm, J. Limpert, A. Tunnermann, M. Schmitt, B. Dietzek, and J. Popp: Anal. Chem. 85 (2013) 6703.
X. Nan, J.-X. Cheng, and X. S. Xie: J. Lipid Res. 44 (2003) 2202.
T. Hellerer, C. Axäng, C. Brackmann, P. Hillertz, M. Pilon, and A. Enejder: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (2007) 14658.
G. I. Petrov, R. Arora, V. V. Yakovlev, X. Wang, A. V. Sokolov, and M. O. Scully: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104 (2007) 7776.
M. Okuno, H. Kano, K. Fujii, K. Bito, S. Naito, P. Leproux, V. Couderc, and H. Hamaguchi: PLoS ONE 9 (2014) e93401.
Y.-M. Wu, H.-C. Chen, W.-T. Chang, J.-W. Jhan, H.-L. Lin, and I. Liau: Anal. Chem. 81 (2009) 1496.
T. T. Le, T. B. Huff, and J.-X. Cheng: BMC Cancer 9 (2009) 42.
S.-H. Kim, E.-S. Lee, J. Y. Lee, E. S. Lee, B.-S. Lee, J. E. Park, and D. W. Moon: Circ. Res. 106 (2010) 1332.
H. Wang, Y. Fu, P. Zickmund, R. Shi, and J.-X. Cheng: Biophys. J. 89 (2005) 581.
C. L. Evans, X. Xu, S. Kesari, X. S. Xie, S. T. C. Wong, and G. S. Young: Opt. Express 15 (2007) 12076.
C. L. Evans and X. S. Xie: Annu. Rev. Anal. Chem. 1 (2008) 883.
Y. Ozeki, W. Umemura, Y. Otsuka, S. Satoh, H. Hashimoto, K. Sumimura, N. Nishizawa, K. Fukui, and K. Itoh: Nat. Photonics 6 (2012) 845.
E. S. Lamb, S. Lefrancois, M. B. Ji, W. J. Wadsworth, X. S. Xie, and F. W. Wise: Opt. Lett. 38 (2013) 4154.
C. W. Freudiger, W. Yang, G. R. Holtom, N. Peyghambarian, X. S. Xie, and K. Q. Kieu: Nat. Photonics 8 (2014) 153.
T. Ideguchi, S. Holzner, B. Bernhardt, G. Guelachvili, N. Picque, and T. W. Hansch: Nature 502 (2013) 355.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Kano, H., Segawa, H., Leproux, P. et al. Linear and nonlinear Raman microspectroscopy: History, instrumentation, and applications. OPT REV 21, 752–761 (2014). https://doi.org/10.1007/s10043-014-0123-9
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s10043-014-0123-9