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  • 收購、推新、立項 拉曼光譜依舊火熱

    2018年2月23日 10:53:49 來源: 分析測試百科
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      分析測試百科網訊 自從1928年C.V.拉曼發現拉曼散射現象以來,拉曼光譜儀器的發展可謂經歷了一波三折,直至60年代激光光源的問世,以及光電訊號轉換器件的發展才給拉曼光譜帶來新的轉機。直至今日,拉曼光譜技術發展依舊迅速。2017年,2家國際大型儀器廠商進軍拉曼市場,國產廠家也紛紛推出自己的拉曼產品,小型/增強拉曼依舊是研究熱點,拉曼光譜技術的應用也在不斷刷新。

      分析測試百科網總結了去年以來拉曼光譜技術領域發生的大事件,僅供讀者參考。

    兩大分析儀器廠商拉曼光譜領域布局

    安捷倫科技

      2017年7月7日,安捷倫科技公司宣布以4000萬英鎊現金收購位于英國牛津的拉曼光譜儀器供應商Cobalt Light Systems,進軍拉曼光譜領域,該公司的產品針對制藥行業應用市場和公共安全(詳見:安捷倫科技收購拉曼光譜供應商Cobalt Light Systems)。收購Cobalt后,安捷倫在中國最新推出拉曼專利技術——空間位移拉曼光譜(SORS)和透射拉曼光譜(TRS)。

    空間位移(Spatially Offset Raman Spectroscopy,簡稱SORS)

      SORS是安捷倫的獨家技術,也是一個新的拉曼技術,2004年由Pavel Matousek(帕維爾 馬托塞克)等人發明,他的文章在2005年進行了發表。Pavel基于SORS發明的貢獻,他和他的團隊在2014年獲得英國皇家工程院頒發的馬克羅伯特獎,這是英國最高的創新作品獎,也是全球著名的獎項。SORS最大的特點就是可以穿透深色、不透明的包裝進行檢測,不受到包裝材料熒光的影響。而傳統的拉曼技術只能穿透比較薄或是透明的包裝袋來檢測。

    RapID拉曼光譜儀

      基于SORS技術的RapID拉曼光譜儀可以用在制藥廠原料藥現場身份鑒定,無需打開包裝,可進行高通量驗證和無菌樣品測試,多層牛皮紙袋、不透明的藍色塑料桶、白色塑料桶以及編織袋等均適用。相比取樣測試,節省大量的時間和成本(100%驗證),檢測分析變得方便快捷,在倉庫幾秒鐘即可完成測試。

    Resolve手持式拉曼光譜儀

      基于SORS技術的Resolve手持式拉曼光譜儀可用于毒品、爆炸物、危險品現場快檢。優勢:安全操作-將危險品保持在容器中;高效-無需取樣,無需移動樣品,無需浪費寶貴的時間在穿戴個人防護品上;保護證據-保證犯罪現場容器的完整性;加快決策-在行動前,更早地獲得完整、準確的信息。

    透射拉曼光譜(Transmission Raman Spectroscopy,簡稱TRS)

      透射拉曼光譜的原理:激光透過整顆片劑散射,拉曼信號由整顆片劑產生,在片劑另一端收集到的拉曼信號是所有組分的信號加和。傳統拉曼是從一側收集樣品的表面信息;透射拉曼是激光從一側進入,另一側搜集透射信號得到的信息。這就是透射拉曼和傳統拉曼的區別之處。將透射拉曼應用在藥物分析上是安捷倫公司首創。TRS100儀器就是安捷倫研制出來專門用于檢測藥物的儀器??蓱糜谥饕煞趾烤欢确治?、無損定量分析片劑中的晶型等。

    瑞士萬通

      2016年初瑞士萬通收購SnRI儀器,布局手持拉曼光譜儀擴展解決方案領域(詳見:瑞士萬通收購SnRI 布局拉曼光譜應用)。2017年10月10日在BCEIA 2017展會上,瑞士萬通發布了Mira M-3手持式拉曼光譜儀(詳見:瑞士萬通BCEIA2017發布手持拉曼光譜和重金屬分析儀新產品),該款儀器專為原輔料快速現場檢測設計。

      Mira M-3手持式快速拉曼分析儀

      Mira M-3手持式快速拉曼分析儀具有專利ORS逐格掃描模式,在樣品測試時不會將激光一直集中在樣品局部一點上,避免樣品燃燒,最大程度保護對熱敏感的樣品,提供高重復性的數據。逐格掃描技術的核心是激光束以圓周運動方式代替單點靜態方式照射樣品,從而獲得的光譜信息是區域信息而非單點信息。采用逐格掃描技術獲得的結果更可靠,尤其在分析不均勻樣品時效果明顯。Mira M-3手持式快速拉曼分析儀的主機內內置雙核處理器保障了樣品測試速度快的特點,樣品測試只需要10秒鐘。同時,該產品還針對客戶樣品種類設置多種可選配件,如:短焦鏡頭、長焦鏡頭、藥片適配器、指管適配器、符合ASTM的標準品。

      2017年底,瑞士萬通又宣布收購Diagnostic anSERS公司(詳見:瑞士萬通收購Diagnostic anSERS 向表面增強拉曼擴展),向表面增強拉曼光譜(SERS)方向擴展。此次收購將Mira 拉曼分析儀的功能從即時材料識別擴展到痕量化學分析。

      Diagnostic anSERS共同所有者Wei Yu博士(左),瑞士萬通拉曼CEO Keith Carron博士(右)

      通過此次收購,Wei Yu博士將加入瑞士萬通拉曼團隊,他是Diagnostic anSERS的共同所有者以及創新的價格低廉的印刷SERS基板的發明者。Yu博士的基底與瑞士萬通強大可靠的拉曼探測器以及創新的軟件算法相結合,為街頭樣品中痕量分析物(如海洛因)的現場檢測提供了便利的解決方案。瑞士萬通將于2018年初發布Mira DS時提供SERS基底。

    國內新項目/新技術

    XRF拉曼一體化檢測儀

      2017年9月18日 ,國家重點研發計劃《跨境貨品多參量無損檢測儀的研制與應用》項目在鋼研納克檢測技術有限公司召開啟動會(詳見:鋼研納克XRF拉曼一體化檢測儀重大專項啟動)。項目擬研發跨境貨品多參量無損檢測儀,研制基于單波長全聚焦X射線熒光(XRF)和雙波長瞬態差分拉曼(Raman)光譜復合的跨境貨品多參量無損檢測儀,實現分子結構和元素的同步識別與聯檢,用于跨境大宗、貴重貨品的防偽偵檢和有害物質的現場快速無損檢測,并工程化、產業化。項目要解決的關鍵技術和科學問題有:

      1、解決X射線熒光檢測中輕元素熒光產額低,靈敏度差的問題;

      2、解決復雜熒光背景下拉曼弱信號提取的難題;

      3、解決X射線熒光和拉曼同位聚焦一體化復合及信號干擾的難題;

      4、解決跨境貨品現場識別準確性低的問題。

      《跨境貨品多參量無損檢測儀的研制與應用》屬于國家重點研發計劃中“重大科學儀器設備開發”專項2017年度項目,項目牽頭承擔單位是鋼研納克,儀器關鍵技術研發單位是中國檢驗檢疫科學研究院,工程化產業化單位 是鋼研納克檢測技術有限公司、中檢 國研(北京)科技有限公司,應用研發單位有北京檢驗檢疫局技術中心、天津檢驗檢疫局技術中心、上海檢驗檢疫局技術中心、深圳檢驗檢疫局技術中心和山東檢驗檢疫局技術中心。

    ExR510便攜式激光拉曼光譜儀

      2017年11月26日,西派特(北京)科技有限公司ExR510便攜式激光拉曼光譜儀(以下簡稱“ExR510”)通過了專家鑒定(詳見:提供高分辨率 西派特便攜激光拉曼光譜儀通過鑒定)。

    ExR510便攜式激光拉曼光譜儀

      ExR510采用目前行業主流結構設計,改進了激光器和拉曼探頭,通過自有知識產權的信息處理技術,實現了分辨率<3cm-1,信噪比>2000:1。

      ExR510的各項技術指標為:光譜范圍為150-2300cm-1,位移準確度不大于1cm-1,重復性不大于0.5cm-1,信噪比達到2000:1(甲苯)以上,光譜分辨率優于3cm-1。ExR510主要創新點有:(1)基于熒光褪色效應差分法消除拉曼熒光背景;(2)統一核函數的去卷積分辨率增強算法;(3)子空間重合排列搜索方法;(4)自主設計了具有高收集效率的拉曼探頭。ExR510可實現對多組份混合物定性、定量分析,獲得真實、有效的拉曼光譜信息。經測試及用戶使用表明:儀器的靈敏度(信噪比)、分辨率等主要性能技術指標進入國際領先行列??梢詮V泛應用于化學化工、材料學、環境、食品藥品安全、生物生化、公安司法、公共安全等領域,有非常廣闊的應用前景。

    基于拉曼∕離子遷移譜技術易制毒化學品核查儀

      2017年2月28日,由公安部第一研究所承擔、中科軟科技股份有限公司參與的“十二五”國家科技支撐計劃《查緝、管控毒品違法犯罪核心技術與裝備研究》項目《易制毒化學品運輸管控檢驗技術與裝備研究》課題順利通過驗收。與會專家一致同意本課題研制的基于拉曼光譜技術研發的易制毒化學品核查儀、基于陶瓷材料一體化雙模式漂移管的離子遷移譜易制毒化學品檢測儀器通過驗收。融合了自主開發的現場拉曼光譜∕離子遷移譜分析檢測技術、隱形矩陣復合碼防偽技術和信息管理平臺技術,實現了易制毒化學品人、車、物、證全方位的精準管控與軌跡溯源,創新了易制毒化學品管控綜合管理模式。課題成果已轉化為產品,在國內外獲得推廣應用,為打擊毒品、易制毒化學品違法犯罪發揮了重要作用(詳見:基于拉曼∕離子遷移譜技術 易制毒化學品核查儀通過驗收)。

    便攜式薄層色譜-拉曼光譜聯用儀

      2017年8月31日,由上??普苌萍加邢薰?、第二軍醫大學、上海儀電分析儀器有限公司、上海交通大學、上海市食藥所、山東省食藥院等多家單位參加的國家重大科學儀器設備開發專項《便攜式薄層色譜-拉曼光譜聯用儀及其藥品快檢支撐系統》項目,獲得以莊松林院士為首的科技部儀器領域專家的一致好評,通過了組織單位的技術驗收。

      該項目研制的薄層色譜-拉曼光譜聯用儀,是世界范圍內首次將薄層色譜與拉曼光譜技術相結合的創新型儀器。上??普苌萍加邢薰驹陧椖恐谐袚由V儀器部分的研發與產業化工作,該儀器將原本只能由多臺單功能儀器配合實現的薄層色譜實驗多步流程整合到一臺儀器內實現,在整體空間內實現薄層色譜自動進樣、自動點樣、成像定位和自動點膠功能,并可使用拉曼檢測器進行多形式拉曼光譜掃描。該儀器使原本只能分析單純化學藥物的拉曼光譜儀分析范圍拓展到中藥與化學藥復方制劑領域,開創了薄層色譜-拉曼光譜聯用技術的新紀元。薄層色譜-拉曼光譜聯用儀在定位精度、穩定性、重現性等方面均能滿足使用需求,與進口設備搭建平臺相比,自動化一體化的儀器、智能化的操作界面使得操作更加方便,極大降低操作者工作強度。該儀器具有檢測通量高、檢測成本低的特點,可以推薦在基層檢測單位推廣使用,將在藥品安全與食品安全領域發揮重要作用。(詳見:“便攜式薄層色譜-拉曼光譜聯用儀”重大專項通過驗收

    短波長手性拉曼光譜儀

      近日,在國家自然科學基金委員會主持的國家重大科研儀器設備研制專項項目結題驗收會議上,大連化物所李燦院士、馮兆池研究員團隊主持完成的《電場、磁場調制的短波長手性拉曼光譜儀研制》專項通過結題驗收,成功研制出國際上第一臺457nm激光為激發光源的短波長手性拉曼光譜儀。

      手性拉曼光譜是手性分子結構表征的一種新的光譜學方法,由于該方法不需要樣品結晶,可直接對溶液相中手性樣品進行絕對構型的鑒定,因而受到學術界和工業界高度關注。然而,手性拉曼光譜的本征信號非常弱,比常規光譜技術信號弱3至7個數量級,因此在實驗上檢測手性拉曼信號極具挑戰。該研究團隊在多年紫外拉曼光譜儀器研制的基礎上,提出短波長手性拉曼光譜儀器的研制思路,基于躲開電子態吸收和避免熒光干擾兩個基本原理分析,優化選取了適合于手性拉曼光譜的457nm激光作為光源,與國內外相關光譜儀器公司合作,成功研制世界上首臺短波長手性拉曼光譜儀,也同時填補了我國手性拉曼光譜技術的空白。

      該國際上首次成功研制的457nm短波長手性拉曼光譜儀,信噪比大幅度提升,攝譜時間由數小時縮短至幾十分鐘,待測樣品要求從純化合物到10%,使手性拉曼儀器性能達到了一個新的高度,同時也填補了我國在手性拉曼光譜儀器的技術空白。專家建議將短波長手性拉曼光譜儀盡快工程化,該光譜儀預計將在手性分子鑒定、新藥合成和鑒定、不對稱催化和生物大分子研究領域發揮重要的作用。(詳見:中科院大連化物所成功研制短波長手性拉曼光譜儀

    表面增強拉曼光譜器件

      另外,在表面增強拉曼光譜方面,中國科學院深圳先進技術研究院李鵬輝、喻學鋒、羅茜等合作,開發出一種磁性可移動拉曼增強檢測芯片,實現了多種環境污染物的高靈敏度快速檢測,相關成果發表于《應用材料與接口》。課題組成員唐思瑩等利用表面增強技術,制備了一種磁性可移動的SERS芯片,并實現了孔雀石綠、福美雙、敵草快、多環芳烴等農藥和環境污染物分子的高靈敏度檢測。這種SERS芯片一方面由于高度有序排列的金納米棒形成等離子體超晶格結構,使其具有高靈敏度和高探測極限的優異SERS性能,檢測極限可低至納摩爾級別;另一方面由于它具有磁性,能從復雜分析物中快速分離,適用于環境污染物的實地快速分析檢測,拓寬了SERS芯片在環境監測中的應用范疇。(詳見:中科院深圳先進院研發出磁性拉曼檢測芯片

      中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所研究員楊良保等利用自發的毛細力捕獲納米顆粒,構筑了由單根銀納米線和單個金納米顆粒組成的單熱點放大器,實現了表面增強拉曼光譜(SERS)高穩定和超靈敏檢測。SERS熱點一直受方法繁瑣、不均一等問題困擾,如何簡單構筑均一可靠的SERS熱點是人們一直追求的目標?;诖四繕?,楊良保等利用司空見慣的毛細力構筑了由納米線和納米顆粒組成的點線單熱點放大器。納米顆粒在毛細力作用范圍內,被捕獲到納米線表面,因此耦合的納米線和納米顆粒產生了巨大的電磁場增強;其次,納米顆粒與納米線耦合形成的孔道可通過毛細力自發捕獲待測物進入熱點,進而放大熱點區域待測物的拉曼信號。實驗和理論結果均表明:利用毛細力構筑的單熱點結構能夠放大待測物信號,且毛細力捕獲的顆粒位置差異對電磁場分布影響較小。該項研究工作利用毛細力構筑單熱點放大器,不僅避免了顆粒團聚造成的SERS熱點不均一難題,也解決了使用巰基等聚合物對基底組裝引起的信號干擾問題。(詳見:合肥研究院構筑出表面增強拉曼光譜單熱點放大器

    拉曼光譜新應用

    近紅外拉曼有望實現無創血糖測試

      目前糖尿病的診斷標準和治療方法是繁重和具有侵入性的,而無創血糖測試一直是困擾醫學界的世界性難題。為此,諸多國際性大企業雖投入數十億元進行研究,但研究結果往往很難達到FDA認證標準。醫學傳感技術的最新進展使無創糖尿病檢測和血糖監測在醫學研究人員范圍內得以實現。

      無創檢測

      由于葡萄糖檢測的重復性和侵入性,以及世界范圍內血液檢測存在的困難,研究人員急切地尋找非侵入性的標準安培檢測方法。研究人員分析了許多替代方法,最近將重點轉移到利用拉曼光譜和近紅外吸收的光學檢測方法。

      即使在研究近紅外光譜的研究人員中,也有許多研究的途徑。除了血糖、糖化蛋白(即結合葡萄糖的蛋白)可以在指甲和頭發、尿液以及眼睛的房水內檢測到。研究中最有希望的兩種方法包括使用近紅外光直接通過皮膚測量血糖,具有與脈搏血氧計相同的功能設計。指甲作為測試樣本是另一種正在研究中的方法。

      一個學術研究涉及糖化角蛋白的測定。角蛋白,構成頭發和指甲的蛋白質,可以與葡萄糖結合。該糖化與血糖水平隨時間呈線性關系。糖尿病診斷的光譜模型的研究人員選擇指甲,因為糖尿病患者指甲特征的差異可觀察。開發標準化模型時指甲是比較好的選擇,因為其生長速率變化比頭發少。

      這種方法中使用指甲剪,可以提高糖尿病初步診斷的檢測,特別是在發展中國家??梢詿o痛苦地收集指甲,無需特殊訓練。此外,與體液如血液相比,手指甲的文化和心理態度是寬松的;并且由于指甲穩定,所以它們可以在不冷卻的情況下儲存數周,而不損失樣品的活性。

      將指甲樣品研磨并與用于測試的反應試劑混合。由于指甲對這些反應劑沒有很好的滲透性,所以樣品需要準備時間以及可能進一步的處理。這種方法雖然微創,但仍然需要專業的樣品制備,應由經過培訓的人員在實驗室進行,不幸的是不適合家庭葡萄糖監測。

      研究人員還在研究透射率測量技術,這對家庭監測應用是非常完美的。耳垂透光率測量實際上需要同時施加到耳垂的波長的組合。衰減的光被耳朵的任一側上的傳感器捕獲。首先,將綠色可見光的反射率用于確定皮膚參數,例如組織厚度。然后使用紅光透射率/吸收度來確定血容量,最后使用NIR波長來測定葡萄糖濃度。

      這種方法顯示了很好的前景,因為它是一個簡單的設計,包括用于耳垂的夾子,它與光纖光譜儀相連,對于沒有任何特殊訓練的人相對比較容易。另外,簡易的設計和無需樣品準備意味著它可以由任何人執行,不需要實驗室監督。(詳見:近紅外拉曼有望實現無創血糖測試

    結腸鏡檢查中的拉曼光譜

      研究人員開發出一種定制的拉曼光譜系統,用于結腸鏡檢查時檢測炎癥性腸病。隨著進一步細化,醫生可以使用該設備進行實時IBD檢測、克羅恩病和潰瘍性結腸炎的鑒別、治療反應的評價。

      “使用目前的方法,最終的診斷依賴于患者對治療的應答,往往直到幾年后才知道診斷結果,”范德堡大學生物醫學工程系Anita Mahadevan Jansen博士在一份新聞稿中說。這就是為什么我們決定用光學方法來探測結腸中的生物化學。我們的目標是使用拉曼光譜觀察真實的炎癥信號?!?/p>

       “大多數人進行結腸鏡檢查作為日常護理的一部分,你可以想象用這些獲得每個人的基線拉曼信號,”Mahadevan Jansen在新聞發布會上說?!叭绻腥撕髞沓霈FIBD癥狀,你可以再次使用我們的系統確定它更可能是UC還是克羅恩病。一旦他們正在接受治療,你可以客觀的跟蹤他們的應答,因為你可以使用該設備來量化輕度、中度或重度炎癥?!?/p>

      利用組織和動物實驗初步確定IBD的生物標志物和光譜特征后,Mahadevan Jansen和他的同事開發了一個定制的、便攜式的拉曼光譜系統加上一個標準的內窺鏡。

      她在新聞稿中說:“定制既是確保它可以適合內鏡通道和順利通過結腸彎曲以及探測正確的組織深度,以確保我們可以達到有效的測量?!?/p>

      研究人員進行了一項涉及8例UC患者、15的克羅恩病患者和8名健康對照者的的初步研究。他們從正常和/或結腸發炎的部位收集光譜樣本,并將結果與基于常規結腸鏡檢查、病理和患者病史的標準結果進行比較。

      測試可以高靈敏度(86%)的區分IBD與正常對照組,但區分亞型時特異性較差(39%)。然而,這取決于炎癥的程度和樣本的位置。例如,在來自活躍性炎癥患者右結腸的樣本中識別克羅恩病有90%的敏感性和和75%的特異性。

      未來,研究人員正在努力完善解釋測試結果的預測算法,并通過進一步研究性別、飲食、人口統計和治療等因素的影響來改善測試的特異性。他們希望該系統最終能夠提供具體的實時結果,可以指導診斷和治療。(詳見:你知道結腸鏡檢查中的拉曼光譜嗎?

    拉曼光譜儀用于衡量西紅柿的成熟度

      當西紅柿成熟時,它們的顏色會從綠色逐漸轉變成橙色、紅色。評估西紅柿何時成熟基本上是用肉眼完成的,會有些主觀。不過,多虧了西班牙巴斯克大學科學家進行的一項研究,農民可能很快就有機會使用激光設備來衡量西紅柿的成熟度。由Josu Trebolazabala帶領的一組研究人員嘗試利用便攜式拉曼光譜儀來衡量西紅柿的成熟度。

      雖然更大的拉曼光譜儀能提供更精確的數據,但研究人員發現便攜式型號提供的數據也足夠準確,可用于測量西紅柿的成熟度。

      Trebolazabala表示:“當西紅柿還是綠色時,主要的色素是葉綠素(因此是綠色的),另外外面還有一層角質層蠟。一旦顏色變成橙色,就可以觀察到不同類型的化合物;類胡蘿卜素化合物被激活。西紅柿逐漸獲得營養,直到達到最佳點。換句話說,即番茄紅素(紅色類胡蘿卜素)處于其最高水平。之后,西紅柿過熟時, 開始失去其類胡蘿卜素含量。

      據報道,該技術還可被用于評估在成熟時會改變顏色的其他食用植物,研究人員目前已在南瓜上成功測試。(詳見:未來農民可能會用拉曼光譜儀來衡量西紅柿的成熟度

    拉曼光譜探針助力發現“可燃冰”

      中國科學院海洋研究所日前發布消息,我國新一代遠洋綜合科考船“科學”號在執行中科院海洋先導專項的航次中,船上搭載的“發現”號遙控無人潛水器攜帶我國自主研發的拉曼光譜探針,在我國南海海域首次發現了裸露在海底的“可燃冰”,并證實其為天然氣水合物。這一成果北京時間2017年9月22日在國際權威學術期刊《地球化學、地球物理學、地球系統學》上在線發表。

      數據顯示,快速生成的天然氣水合物并非單一的籠型結構,其內部存在大量的甲烷、硫化氫等自由氣體,這也是國際上首次使用原位拉曼光譜數據證實這一科學結論。

      天然氣水合物俗稱“可燃冰”,一般分布在深海沉積物或者大陸永久凍土中,而裸露在海底表面的天然氣水合物則需要大量的深海冷泉流體作為氣源,因此極難存在,在全球也鮮有報道,是研究天然氣水合物形成、分解、成藏以及和海洋環境相互作用機制的極佳天然實驗場。(詳見:我國使用拉曼光譜探針 首次在南海發現裸露“可燃冰”

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