而現(xiàn)在，隨著儀器技術(shù)的發(fā)展，儀器體積越做越小，操作越來(lái)越簡(jiǎn)單，當(dāng)然價(jià)格也已經(jīng)有所下降，很多單位已經(jīng)可以負(fù)擔(dān)得起了，同時(shí)其應(yīng)用范圍也在不斷地拓展?？梢哉f(shuō)，這個(gè)曾經(jīng)只局限于少數(shù)人的光譜技術(shù)，已經(jīng)從它的學(xué)術(shù)限制中解放了出來(lái)，而且發(fā)展速度越來(lái)越快。
新產(chǎn)品、新標(biāo)準(zhǔn)、新應(yīng)用...拉曼光譜在過去的一年中表現(xiàn)得尤為活躍。鑒于此，儀器信息網(wǎng)編輯特別為大家盤點(diǎn)一下近期拉曼光譜領(lǐng)域的新動(dòng)向。
拉曼光譜儀已成為分子光譜中發(fā)展最快的一類儀器
1928年印度物理學(xué)家拉曼(Raman)首次在實(shí)驗(yàn)中觀察到拉曼散射光，因此榮獲了1930年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng);雖然1928年到1945年之間，拉曼光譜在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究中發(fā)揮了重要的作用，但由于信號(hào)弱等問題，在之后的十幾年中幾乎止步不前;直到上世紀(jì)60年代，激光技術(shù)的出現(xiàn)顯著增強(qiáng)了拉曼信號(hào)，重新為拉曼技術(shù)的研究注入了新的活力;而1974年，F(xiàn)leischmann 等人第一次在吡啶吸附的粗糙銀電極上觀察到表面增強(qiáng)拉曼(SERS)信號(hào)，之后掀起了拉曼研究的新熱潮...
材料領(lǐng)域一直以來(lái)都是拉曼的“主戰(zhàn)場(chǎng)”。說(shuō)是“主戰(zhàn)場(chǎng)”，是因?yàn)椴牧峡茖W(xué)是拉曼最“老”的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也是研究得相對(duì)最成熟的一個(gè)領(lǐng)域。而且材料領(lǐng)域的研究對(duì)拉曼光譜分析手段的依賴程度也比較高，很多專家反映，現(xiàn)在拉曼已經(jīng)成為材料科學(xué)研究領(lǐng)域必不可少的分析手段了。
而現(xiàn)階段，SERS是拉曼光譜研究領(lǐng)域當(dāng)之無(wú)愧的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外皆如此。據(jù)悉，僅就“表面增強(qiáng)”一個(gè)關(guān)鍵詞搜索，每年發(fā)表的相關(guān)學(xué)術(shù)論文已經(jīng)達(dá)到2000多篇。對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，80年代初就開始了SERS的相關(guān)研究工作，近幾年踏入這個(gè)領(lǐng)域的研究人員幾乎呈指數(shù)增長(zhǎng)。而儀器信息網(wǎng)編輯在2015年也特別留意了一些課題組的研究動(dòng)向，匯總了部分課題組在拉曼光譜方面的研究成果《拉曼最新研究成果盤點(diǎn)》。從中我們也可以發(fā)現(xiàn)，“表面增強(qiáng)”幾乎滲透到了每一個(gè)課題組的研究工作中。
“增長(zhǎng)速度快”幾乎是所有人對(duì)拉曼光譜市場(chǎng)的共同的評(píng)價(jià)，Grand View Research最新研究報(bào)告顯示，2014年，拉曼光譜市場(chǎng)價(jià)值超過1.3億美元，顯示高潛力的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2022年之間復(fù)合年增長(zhǎng)率將超過8.5%（更多）。同時(shí)，一份Transparency Market Research (TMR)的有關(guān)全球過程光譜的市場(chǎng)研究報(bào)告顯示2012年在全球過程光譜學(xué)市場(chǎng)中，拉曼光譜占據(jù)了17.1%的市場(chǎng)份額，并預(yù)測(cè)拉曼光譜增長(zhǎng)速度最快。其中特別強(qiáng)調(diào)，由于拉曼光譜無(wú)損的特點(diǎn)，在分析過程中對(duì)產(chǎn)品的化學(xué)結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生影響，因此在制藥、食品和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，有望呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)（更多）。而在《光譜分析技術(shù)及儀器的現(xiàn)狀和發(fā)展》(BCEIA 30年看光譜分析儀器發(fā)展)中也明確指出拉曼光譜無(wú)疑是分子光譜類儀器中發(fā)展最快的一類儀器。
對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，雖然相關(guān)研究起步晚于歐美國(guó)家，但是近年來(lái)也得到了很大的發(fā)展。Ramdane BENFERHAT博士(HORIBA第一屆拉曼學(xué)院，2014年)接受儀器信息網(wǎng)采訪時(shí)就曾經(jīng)談到，“目前從銷售額方面來(lái)說(shuō)，中國(guó)拉曼光譜儀市場(chǎng)每年增長(zhǎng)速率為4-8%，從臺(tái)數(shù)上來(lái)說(shuō)每年增長(zhǎng)10-20%。根據(jù)現(xiàn)在的情況估計(jì)，中國(guó)市場(chǎng)每年拉曼光譜儀的銷售量為200臺(tái)左右(不包括手持式產(chǎn)品等)，5年之后預(yù)計(jì)每年的市場(chǎng)銷售臺(tái)數(shù)將達(dá)到800-1000臺(tái)。”（更多）其實(shí)，這一點(diǎn)從儀器信息網(wǎng)專場(chǎng)的數(shù)據(jù)也可以略見端倪，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年，激光拉曼光譜儀器專場(chǎng)PV提升7.5%，留言量增長(zhǎng)4%。
科研成果逐漸“落地”
近年來(lái)，在拉曼光譜相關(guān)儀器方面的研究也取得了系列進(jìn)展，其中在BCEIA2015的“國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)階段性成果”專區(qū)中，《等離激元增強(qiáng)拉曼光譜(PERS)儀器研發(fā)與應(yīng)用》和《便攜式薄層色譜━拉曼光譜聯(lián)用儀及其藥品快檢支撐系統(tǒng)》兩個(gè)國(guó)家重大儀器專項(xiàng)分別展出了最新的成果。
廈門大學(xué)為牽頭單位的《等離激元增強(qiáng)拉曼光譜(PERS)儀器研發(fā)與應(yīng)用》專項(xiàng)展出了LE-1增強(qiáng)模塊、SE-1增強(qiáng)模塊、便攜式食品安全現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)系統(tǒng)、便攜式環(huán)境重金屬現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)系統(tǒng)、便攜式化學(xué)涉恐危險(xiǎn)品現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)系統(tǒng)、便攜式毒品現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)系統(tǒng)及TERS針尖等產(chǎn)品。據(jù)介紹，該項(xiàng)目的部分增強(qiáng)模塊已經(jīng)在銷售，便攜儀器正在進(jìn)行認(rèn)證。
2012年的國(guó)家重大儀器專項(xiàng)《便攜式薄層色譜━拉曼光譜聯(lián)用儀及其藥品快檢支撐系統(tǒng)》由中國(guó)人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)牽頭承擔(dān)，陸峰博士為項(xiàng)目牽頭單位負(fù)責(zé)人，上?？普苌萍加邢薰境袚?dān)薄層色譜儀器開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的主體工作，上海儀電分析儀器公司也承擔(dān)產(chǎn)業(yè)化任務(wù)。該項(xiàng)目將薄層色譜與拉曼光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合，成功研制出世界首臺(tái)高性能、全自動(dòng)薄層色譜-拉曼光譜聯(lián)用儀。同時(shí)依靠多策略、全流程、可視化的網(wǎng)絡(luò)藥品快檢支撐系統(tǒng)，將為我國(guó)藥品，乃至食品、化妝品等復(fù)雜體系的分析提供一種新的解決方案。而且根據(jù)最新消息，繼2015年10月份在BCEIA 2015展出后，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的首臺(tái)便攜式薄層色譜-拉曼光譜聯(lián)用儀經(jīng)政府招標(biāo)采購(gòu)的方式，2016年1月6日正式列裝山東省食品藥品檢驗(yàn)研究院。
此外，繼2013年首臺(tái)“活體單細(xì)胞拉曼分選儀”(簡(jiǎn)稱RACS)樣機(jī)在中科院青島能源所驗(yàn)收之后(該項(xiàng)目在青島能源所山東省能源生物遺傳資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐健研究員和青島能源所兼職研究員、英國(guó)謝菲爾德大學(xué)黃巍副教授主持下，由中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所功能基因組團(tuán)隊(duì)與北京惟馨雨生物科技公司聯(lián)合攻關(guān)完成)，2015年，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞研究中心在基于微流控的單細(xì)胞拉曼流式分選技術(shù)研究中又取得新進(jìn)展，由研究員徐健和馬波領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于陣列介電單細(xì)胞捕獲/釋放的快速拉曼識(shí)別技術(shù)，首次建立起基于介電單細(xì)胞捕獲/釋放的單細(xì)胞拉曼流式分選原理和裝置，為下一步發(fā)展高通量拉曼流式細(xì)胞分選儀器奠定了原理和關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
相關(guān)新聞：當(dāng)細(xì)胞遇上拉曼 會(huì)碰撞出什么樣的火花——訪牛津大學(xué)副教授黃巍博士
青島能源所單細(xì)胞拉曼流式分選技術(shù)研究獲進(jìn)展
由科研到應(yīng)用 分析型儀器增長(zhǎng)明顯
過去很長(zhǎng)一段時(shí)間，拉曼光譜儀被認(rèn)為是高端儀器，幾乎僅限于學(xué)術(shù)研究。而隨著激光器、CCD檢測(cè)器等技術(shù)的發(fā)展，儀器體積越來(lái)越小，操作越來(lái)越簡(jiǎn)單，同時(shí)也越來(lái)越多地應(yīng)用到各領(lǐng)域中去?？傮w來(lái)說(shuō)，目前拉曼光譜儀在向科研型和分析型兩個(gè)方面發(fā)展，一方面向高端研究方向發(fā)展;另一方面，向藥品檢測(cè)、食品安全等領(lǐng)域滲透，這一點(diǎn)在便攜/手持拉曼方面表現(xiàn)的特別明顯。
在高端產(chǎn)品方面，拉曼光譜儀慢慢走向成熟，同時(shí)在超低波數(shù)、透射拉曼、拉曼光鑷技術(shù)、TERS等方面取得了系列進(jìn)展，使科學(xué)家在新材料(如低維納米材料)、藥物API分析、化妝品、生命科學(xué)領(lǐng)域的研究中獲得前所未有的信息，同時(shí)也推動(dòng)了拉曼技術(shù)在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用。當(dāng)然，對(duì)高端拉曼來(lái)說(shuō)，一些光學(xué)元器件的性能還需要繼續(xù)提升，據(jù)中科院半導(dǎo)體所譚平恒研究員介紹，滿足普遍實(shí)驗(yàn)需求的拉曼濾光片已經(jīng)擴(kuò)展到近紫外波段，如氦鎘激光器的325nm，但是拉曼濾光片在紫外和深紫外波段的性能仍然受到鍍膜技術(shù)的顯著影響。另外，反射率高達(dá)99%以上的大面積高性能的平面和球面反射鏡因?yàn)殄兡ぜ夹g(shù)限制還沒有被應(yīng)用到拉曼光譜儀上。一旦這些儀器元器件能制備得更好，拉曼光譜儀的整體性能還會(huì)有突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。
相對(duì)于高端產(chǎn)品，分析型拉曼光譜儀器的增長(zhǎng)更為明顯，近幾年拉曼光譜儀在應(yīng)用市場(chǎng)方面的拓展就很好地闡述了這一發(fā)展趨勢(shì)。幾年之前，拉曼光譜儀只應(yīng)用在材料科學(xué)領(lǐng)域，但現(xiàn)在化學(xué)、催化、刑偵、地質(zhì)領(lǐng)域、藝術(shù)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，甚至有一些QC領(lǐng)域也已經(jīng)開始使用拉曼光譜儀了?？梢哉f(shuō)，拉曼光譜儀現(xiàn)在的應(yīng)用市場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的改變，這一點(diǎn)在相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議中體現(xiàn)的尤為明顯。
此外，一些單位也已經(jīng)開始關(guān)注拉曼光譜儀和不同儀器的聯(lián)用技術(shù)，這無(wú)疑為儀器的應(yīng)用開拓了新的發(fā)展方向。除了國(guó)家重大儀器專項(xiàng)《便攜式薄層色譜━拉曼光譜聯(lián)用儀及其藥品快檢支撐系統(tǒng)》的項(xiàng)目外，很多廠商也在進(jìn)行相關(guān)方法的開發(fā)，如布魯克的AFM和雷尼紹的拉曼光譜儀聯(lián)用;在Pittcon 2015上美國(guó)ATS公司(Acu Tech Scientific Inc)還展出了最新的拉曼產(chǎn)品AcuScan 1500，據(jù)介紹，該產(chǎn)品將Raman與HPLC相結(jié)合，既可以實(shí)現(xiàn)定性也可以實(shí)現(xiàn)定量分析。
儀器新品“層出不窮” 便攜/手持拉曼引領(lǐng)行業(yè)熱點(diǎn)
隨著技術(shù)的發(fā)展以及實(shí)際應(yīng)用需求的變化，小型化已經(jīng)成為分析儀器的發(fā)展潮流之一，這一點(diǎn)在拉曼光譜儀領(lǐng)域表現(xiàn)的尤其活躍，可以“拿出去”、應(yīng)用到各行各業(yè)的便攜拉曼光譜儀的需求增長(zhǎng)日益明顯。
正是看好了這樣的市場(chǎng)商機(jī)，很多廠商都已經(jīng)開始了相關(guān)產(chǎn)品的布局，如賽默飛、必達(dá)泰克、海洋光學(xué)、日本理學(xué)、TSI等已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域耕耘多年，2015年，布魯克、島津、瑞士萬(wàn)通等很多廠商也紛紛邁入這個(gè)行業(yè)，帶來(lái)了新的產(chǎn)品和技術(shù)。
其中，賽默飛推出了Gemini手持式紅外/拉曼二合一分析儀，將拉曼和FTIR 技術(shù)結(jié)合在單臺(tái)儀器上，實(shí)現(xiàn)拉曼和紅外的互相驗(yàn)證和補(bǔ)充;針對(duì)熒光干擾這個(gè)技術(shù)瓶頸，布魯克推出了基于SSETM(連續(xù)移頻激發(fā))專利技術(shù)的BRAVO便攜拉曼光譜儀;而為了滿足現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)日益增長(zhǎng)的需求，島津推出了RM-3000便攜拉曼光譜儀;此外，日本理學(xué)推出了采用1064nm波長(zhǎng)激光的Progeny ResQ手持式拉曼光譜儀;必達(dá)泰克推出了深致冷超高速智能便攜拉曼光譜儀i-Rman Pro;美國(guó)BioTools公司推出了全球首創(chuàng)的u-Raman便攜式顯微拉曼分子光譜成像系統(tǒng)和u-BioRaman便攜式生物分子顯微拉曼分子光譜成像系統(tǒng)(該款產(chǎn)品由手性振動(dòng)光譜先驅(qū)Prof. L.A. Nafie教授帶領(lǐng)的專家團(tuán)隊(duì)研發(fā)而成)。
值得一提的是，賽默飛的Gemini手持式紅外/拉曼二合一分析儀和日本理學(xué)的Progeny ResQ兩款儀器還榮獲了2015年R&D 100大獎(jiǎng)。
便攜/手持拉曼光譜儀由于使用方便，價(jià)格便宜而受到不少單位的青睞。通過對(duì)中國(guó)政府采購(gòu)網(wǎng)上有關(guān)便攜/手持式拉曼光譜儀的不完全統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)制藥等領(lǐng)域?qū)υ擃悆x器的采購(gòu)最多，公安部門的安全檢測(cè)等也在選購(gòu)相關(guān)的儀器（哪些單位在采購(gòu)便攜/手持式拉曼光譜儀?）。不過，相比于大型共聚焦拉曼儀器，便攜/手持式拉曼儀器的靈敏度等還有一定的局限性，其應(yīng)用還受到一定程度的限制。因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，不僅要求檢測(cè)快速，而且重復(fù)性要非常好。此外，儀器硬件、軟件等方面的集成還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。
總體來(lái)說(shuō)，雖然便攜/手持拉曼光譜儀這個(gè)市場(chǎng)還比較年輕，只有10多年的發(fā)展歷程，但現(xiàn)在已經(jīng)“如火如荼”。很多專家和廠商都表示，一旦某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域得到突破，其市場(chǎng)應(yīng)用前景將不可限量，現(xiàn)有的市場(chǎng)需求很容易就會(huì)翻番。
“標(biāo)準(zhǔn)先行”已經(jīng)起步
對(duì)于儀器方法的推廣來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)顯得格外重要。標(biāo)準(zhǔn)先行，不僅可以促進(jìn)應(yīng)用市場(chǎng)的拓展，還可以引導(dǎo)產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展。在一定程度上，拉曼光譜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的滯后也在一定程度上限制了該類儀器的推廣應(yīng)用，不過現(xiàn)在情況已經(jīng)有了一定的改觀，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作也在加緊進(jìn)行中。
其中，2015年8月份，國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布了拉曼光譜儀校準(zhǔn)規(guī)范(JJF1544-2015)，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和山東省計(jì)量科學(xué)研究院起草制定，2015年11月15日實(shí)施;2015版中國(guó)藥典也將拉曼正式以檢測(cè)方法列入藥典附錄，提高到了與紅外同等的位置;在中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)(SCIS)制定的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中，其中一項(xiàng)就是《激光拉曼技術(shù)玉石礦物檢測(cè)儀器》;2015年12月30日，福建省質(zhì)監(jiān)局在福州組織召開了由福建計(jì)量院、廈門大學(xué)、廈門市普識(shí)納米科技有限公司共同起草的福建省地方標(biāo)準(zhǔn)《便攜式拉曼光譜快速檢測(cè)儀》專家審定會(huì)，與會(huì)專家一致通過了對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的審定;而鑒于目前標(biāo)準(zhǔn)制定工作的進(jìn)展和需要，中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)特成立激光拉曼技術(shù)相關(guān)儀器儀表的“中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)激光拉曼專業(yè)技術(shù)委員會(huì)”(2016年1月4日)。
對(duì)廠商來(lái)說(shuō)，在方法開發(fā)等方面的工作也在如火如荼的進(jìn)行著，其中賽默飛聯(lián)合深圳市疾病預(yù)防控制中心，基于正常油脂和廢棄油脂拉曼譜圖特有的差異性，建立了快速篩查地溝油的新方法。據(jù)悉，該方法已經(jīng)通過了認(rèn)證。
新的應(yīng)用已經(jīng)在路上...
從2000年左右的碳管，到現(xiàn)在的石墨烯研究，拉曼光譜技術(shù)的發(fā)展與新興材料的研究密不可分。由于拉曼光譜具有不需要大量樣品制備工作等優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用領(lǐng)域甚至已經(jīng)超過了紅外，并正在開拓新的應(yīng)用方向，比如制藥、生命科學(xué)、爆炸物安全檢測(cè)、毒品、文物研究等各個(gè)方面。而且在一些國(guó)際型的學(xué)術(shù)會(huì)議中，如第24屆國(guó)際拉曼光譜學(xué)大會(huì) (24th ICORS)、第十八屆全國(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議(18th National Conference on Light Scattering)以及由HORIBA科學(xué)儀器事業(yè)部與廈門大學(xué)固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同主辦的第三屆國(guó)際拉曼前沿技術(shù)高端論壇(RamanFest)(2015年)等，這些熱點(diǎn)已經(jīng)得到了非常明顯的體現(xiàn)。
在這里要特別提到的是，拉曼光譜儀在生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸嶄露頭角。特別在癌癥的早期診斷和拉曼輔助手術(shù)方面已經(jīng)為大家勾畫了美好的藍(lán)圖，其中后者在德國(guó)的研究比較多，或許未來(lái)內(nèi)科醫(yī)生要和分析化學(xué)家、儀器工程師一起工作了。當(dāng)然，這些現(xiàn)在還都處在實(shí)驗(yàn)階段，也許它還不會(huì)很快來(lái)臨，或者距離還比較遙遠(yuǎn)，可是已經(jīng)給大家呈現(xiàn)了一個(gè)值得期待的有發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用方向。
對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，拉曼光譜在生命科學(xué)方面的應(yīng)用相比國(guó)外要晚一些，但現(xiàn)在也已經(jīng)有不少課題組踏入了這個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)然，實(shí)際研究過程中還存在不少問題，比如很多做化學(xué)的人不了解代謝的機(jī)理，亦或做生物的人很難解析拉曼譜圖等。盡管如此，拉曼光譜在生命科學(xué)中的應(yīng)用依然“魅力無(wú)限”。
