微型智能集菌仪

table width=" 624" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" border=" 1" align=" center" tbody tr style=" height:25px" class=" firstRow" td style=" border: 1px solid windowtext padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 成果名称 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: windowtext windowtext windowtext currentcolor border-style: solid solid solid none border-width: 1px 1px 1px medium border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " valign=" bottom" width=" 491" height=" 25" p style=" text-align:center line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family:宋体" 微型智能近红外光谱仪 /span /strong /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 单位名称 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 491" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 四川长虹电器股份有限公司 /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 联系人 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 168" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 闫晓剑 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 161" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 联系邮箱 /span /p /td td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 162" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" yanxj@changhong.com /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 成果成熟度 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 491" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" □正在研发& nbsp & nbsp □已有样机& nbsp & nbsp □通过小试& nbsp & nbsp √通过中试& nbsp & nbsp □可以量产 /span /p /td /tr tr style=" height:25px" td style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 132" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 合作方式 /span /p /td td colspan=" 3" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width=" 491" height=" 25" p style=" line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" □技术转让& nbsp & nbsp & nbsp √技术入股& nbsp & nbsp & nbsp √合作开发& nbsp & nbsp & nbsp √其他 /span /p /td /tr tr style=" height:198px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 624" height=" 198" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 成果简介： /span /strong /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/a409ff01-48b4-444a-8aff-2ac2a2194a8c.jpg" title=" 25.jpg" style=" width: 300px height: 361px " width=" 300" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 361" border=" 0" / /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/034fc426-af9d-43a3-b413-0ad579939de1.jpg" title=" 26.jpg" style=" width: 300px height: 349px " width=" 300" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 349" border=" 0" / /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品是一种微型智能近红外光谱仪，采用智能手机控制，连接光谱云计算平台来完成样品光谱数据的采集和分析功能，可以实现物体光谱数据和光谱模型的显示、变换、存储以及分析统计，可以实现被扫描物体的定性和定量分析。本产品采用微机电技术和创新集成系统设计，将传统的光栅、反射镜、阵列探测器、积分球、聚光镜、物镜构成的复杂折叠近红外光学系统大幅度简化，提高近红外光学系统的便携性和稳定性。拥有高效率的近红外光谱漫反射采样光学系统、高精度AD采样算法、光谱云平台架构、近红外光谱化学计量学算法的核心知识产权，本产品属国内首创的微型智能近红外光谱产品。 /span /p p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 主要技术指标： /span /strong /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 波长范围:1550nm-1850nm /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 光谱分辨率:20nm /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 波长重复性:± 2nm /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 扫描时间:& lt 3s /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 连接方式:蓝牙4.1 /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 接口: Micro-USB /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 尺寸:110mm× Φ83mm /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 重量:300g /span /p p style=" text-indent:32px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 电源:锂电池 /span /p p style=" text-indent:35px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品已针对多种粮食颗粒原料和半成品、纺织品、水果等成功建模，根据不同的分析成分，模型决定系数在0.85-0.97之间。 /span /p /td /tr tr style=" height:75px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 624" height=" 75" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 应用前景： /span /strong /p p style=" text-indent:35px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品以微型智能近红外光谱仪终端、智能手机应用和光谱数据分析平台为整体系统，可以为行业客户搭建一套覆盖整个生产制造流程的产品质量精准控制系统，相比传统的理化分析手段，具备成本低、不需制样、快速检测的特点，在石化、农业、纺织、饲料、食品等各相关行业有迫切的刚需，是提高相关行业生产效率及投入产出的重要助手，具备稳定持续的市场需求。 /span /p p style=" text-indent:35px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品也可以对现实生活中的物体进行成份和含量分析，辅助人眼对物体进行判断甄别，进入大众消费市场，更便捷、快速、更多地了解到关于我们的环境、饮食、身体等各方面的信息，可以提高人们生活品质，保障衣食住行质量。 /span /p /td /tr tr style=" height:72px" td colspan=" 4" style=" border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width=" 624" height=" 72" p style=" line-height:150%" strong span style=" line-height:150% font-family: 宋体" 知识产权及项目获奖情况： /span /strong /p p style=" text-indent:28px line-height:150%" span style=" line-height:150% font-family:宋体" 本产品已申请多项发明专利，拥有核心自主知识产权。 /span /p /td /tr /tbody /table p br/ /p

微型光谱仪是一种紧凑型光谱仪，其光学系统、图像传感器和电路浓缩在一个小盒子中。本报告包括模块式和芯片式光谱仪。微型光谱仪行业目前现状分析芯片型光谱仪还处于初级阶段芯片型光谱仪是新型光谱仪产品，处于初级阶段，并在近几年快速发展，受到越来越多的关注。北美、欧洲、亚太是主要消费地区北美、欧洲、亚太是微型光谱仪的主要消费地区，北美是最大的消费地区，占全球销量市场的36%。中国是全球增长最快的地区预测全球微型光谱仪市场在2027年将达到5.88亿美元，2021年到2027年的年复合增长率达到9.95%。中国是增长最快的地区，2021年到2027年的年复合增长率达到15.52%。微型光谱仪发展趋势消费市场进一步扩大随着对生产环境要求的不断苛刻，设备检测的准确度、使用范围即适用性就显得尤为重要了，在国家政策的引导和支持下，国内微型光谱仪行业有望进一步扩大。品牌化发展成必然趋势在竞争激烈的竞争中，预计更多的国内厂家将从纯粹的生产制造走向品牌化经营之路，这也是国内制造厂家在产业价值链中追求更高附加值的必然选择。各地政策均明确提出将“实施品牌战略，打造一批具有国际竞争力的知名企业和国际影响力的自主品牌”。全球微型光谱仪总体规模分析全球微型光谱仪产业过去五年增长迅速，规模从 2016年的 1.96亿美元增长到 2020年的2.93亿美元。2021年全球微型光谱仪市场增长到3.33亿美元。预计至 2027年，全球微型光谱仪产业规模将增长至5.88亿美元，年复合增长率高达9.95%。市场上的主要微型光谱仪生产商包括Hamamatsu Photonics、Ocean Insight、Viavi、Horiba、Si-Ware Systems等，全球领先厂商以出色的产品性能和满意的服务在行业中享有盛誉。但市场竞争日趋激烈，越来越多的厂商进入微型光谱仪市场；尤其是几家中国制造商，如复享光学、晶飞科技、奥谱天成等，它们具有成本优势。微型光谱仪的主要消费地区为北美、欧洲、中国、日本等具有工业发展体系的国家和地区。这些地区占据全球超过大部分的市场，其中北美是最大的消费地区。同时，中国等地区国家近些年经济发展很快，具有较大的市场潜力。在下游市场中，微型光谱仪主要应用在农业、智能建筑、环境、医疗、汽车、穿戴、相机、智能手机等领域，其中智能手机是最大的消费市场，2020年占有约32%的销量市场份额。微型光谱仪的消费与整体经济发展和地区环保有较大联系，消费集中在人口聚集，工业生产较为发达的地区，国内主要消费地区包括华东，华南等地区。

据中新社4月20日报道，从中国国家国防科技工业局获悉，四川雅安7.0级地震发生后，该局立即启动应急预案，紧急启动卫星监测应急支持工作，主要内容包括：一是根据卫星轨道和机动能力，紧急启动中国实践九号A星、资源三号、资源一号02C星、环境一号A/B星等5颗卫星雅安地区遥感数据成像任务 二是紧急生产并向地震局、减灾委和测绘地理信息局等有关部门提供震前中国卫星拍摄的灾区图片，全力支持抗震救灾。同时，总参谋部20日下午为抗震救灾部队紧急配发260部“北斗”卫星导航定位装备，为抗震救灾提供应急导航定位保障。 　　而五年前的汶川大地震发生之后，中国国防科技工业局曾宣布共有9种型号15颗卫星为抗震救灾提供支援。参与抗震救灾的卫星包括“风云”系列气象卫星、“资源”系列对地观测卫星、“北斗”导航卫星，“遥感”系列卫星、“北京一号”小卫星等。 　　比较这两次地震所动用的卫星，似乎是后者动用的卫星数量要超过前者，难道中国有关部门对于雅安地震的重视程度不够吗?非也!细心的读者能看出，后者是参与为抗震救灾提供数据的卫星总数，也就是说，它们的工作只是“捎带着”为抗震提供附带数据。而前者就大大不同了，是专门为这次抗震救灾“调动”的五颗卫星，它们将暂停其他任务，由日常运行轨道机动到抗震需要的轨道上去，执行为抗震救灾的专门侦察任务。当然，因此而凋整轨道参数的是这五颗卫星，而将有更多数量其他种类卫星虽没有调整轨道，但它们也在为抗震救灾提供支援，如各类军民用通讯卫星、北斗导航卫星、天链一号数据中继卫星、风云系列气象卫星等，它们为灾区服务的数量可不会是个位数。尤为值得一提的是，报道中提到的环境一号A/B星，就是中国首个以灾害和环境监测为主要用途的卫星监测体系，预计本次这两颗卫星将会大显身手。 　　但是，除了为抗震救灾提供服务之外，这次中国专门“调动”五颗卫星显示了中国的太空战场实时监控能力得到了很大提高。据报道，在海湾战争中，多国部队先后动用了12类50多颗各种军用和商用卫星构成战略侦查网，对伊军的动态了如指掌，令其数量占优势的陆军作战车辆只有招架之功而无还手之力。其中，美军调动运行到战区上空的18颗侦察卫星，为多国部队提供了70%以上的战略和战术情报。 　　等到了伊拉克战争的时候，美军先后动用180多颗卫星，与预警机、侦察机、无人侦察机以及地面侦察装备联网，构成全天候、全时空的立体侦察监视体系。其中，美军调动了近40余颗侦察监视卫星，通过照相、监听、遥感测量等侦察手段获得了90%的战场情报。当时，美军战区司令可以通过卫星与每个分队和士兵取得联系、实施指挥。美军的指挥中枢直接与基层作战单元相通，中央司令部的指挥官可以近似第一时间观察到战场态势，甚至能看到每辆坦克或每门火炮的位置，就像现场实时指挥一样。 　　据称，美军完成从发现目标到定位、瞄准、攻击、评估战果这五大步骤，海湾战争时需要100分钟，科索沃战争时为40分钟，阿富汗战争时为20分钟，到伊拉克战争时只需10分钟。如今，美军C4ISR系统与武器系统结合更加紧密，美军的战场态势感知能力大为增强，信息传输能力和指挥控制能力显著提高。据五角大楼的通报显示，现在美军“国防信息系统”网的通信带宽比海湾战争时扩大了10倍，空中作战指挥中心数据交换能力提高了100倍。如果再发生一场美军参与的战争，可以相信完成上述五大步骤的过程不会超过5分钟。 　　以上事实说明，在现代战争中，空天力量特别是各种功能的卫星已成为火力打击的“倍增器”，是对敌实施物质摧毁的重要力量。谁能在战时调动的卫星数量多一些，谁对制天权的控制就强一些，那么战场对谁的透明度就更亮一些，自然谁获胜的机会就更大一些。 　　目前来看，在太空领域，中国正在增加其太空监视、侦察、导航、气象观测及通信卫星的数量。据称现在中国已经在太空拥有80余颗卫星在轨，虽然这一数目相对来说已经不少，但是，比起美国超过500颗的实力，还是相距甚远。但对于中国来说，现在和五年前相比，已经有了很多进步，起码具备可以根据自己的意愿随意调动卫星部署到自己需要的空域的能力。据中国航天计划发射显示，2013年中国将发射20颗卫星，其中包括探月卫星和“神舟十号”的发射任务。如此一来，中国的在轨卫星数量将首次超过100颗，这对于中国的战场太空实时监控能力的提升将会是十分显著的。

微型激光测振仪在超声领域的应用最近几年，超声技术在各个领域的应用越来越多，比如利用超声波原理进行医学治疗的设备也在临床实践中被广泛应用。医学超声设备主要是基于高频振动波（超声波）传入人体组织，并在局部产生热效应、机械效应和空化效应，引起目标组织的改变，从而达到治疗的目的。昊量光电全新推出的微型激光测振仪是一种非接触式的振动测量仪器，能够精确测试医学超声设备的超声振动特性和模态，在产品的研发、质检和性能优化过程中起到了至关重要的作用。激光测振仪在医学超声领域的应用具有如下优势：1、激光聚焦光斑小、空间分辨率高，能够快速定位并测量超声手术刀、洁牙器等小尺寸超声器件；2、采用非接触式的测量方法，高效便捷，可以快速检测产线上的超声设备性能，确保产品一致性，甚至可以检测超声设备在工作状态下的超声波输出特性，更加真实地反映设备的实际使用性能；3、超声检测带宽大，最高可检测5MHz左右的高频超声，同时能满足20pm以下的微弱振动分辨率要求，检测精度极高；4、集成式光学自研芯片，无需额外控制器，体积小巧使得安装测试变得更加便捷，提高测量精准性！一、 超声换能器测振超声换能器是一种将电磁能转化为机械能（声能）的装置，通常由压电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成，常见的超声波清洗器、超声雾化器、B超探头等都是超声换能器的应用实例。针对超声领域应用需求，昊量光电全新推出了一套完整的台架式超声振动测量仪。作为这款测量仪核心部件的激光传感器，利用了集成光学技术将原有复杂光学元器件集成于微小芯片中，结合具有自主知识产权的调频连续波（FMCW）相干光检测原理，以小型集成化的设计模式，实现了传统复杂大型设备的测量能力。测试：20kHz 频率功率换能器，工作距离：375px振动图谱：在换能器在各个位置的测量结果。当换能器频率在 Mhz 附近时，幅度测量对测量精度的要求大大提高。结果显示，昊量测振传感器能很好的分辨振幅的实时波形，得到 nm 级的测量精度。二、 超声手术刀超声手术刀是一种通过激发20 kHz~60 kHz 超声振动的金属探头（刀头），对生物组织进行切割、消融、止血、破碎或去除的外科手术仪器。超声手术刀的工作性能一般与刀头的超声输出功率、频率直接相关，因此对刀头的超声特性探测至关重要。超声手术刀的刀头尺寸一般为5-10 mm，这种小尺寸结构很难采用接触式传感器测量其超声特性，而激光测振仪则可以轻松将激光聚焦到刀头位置，精确测量超声振幅与频率。三、 超声洁牙器 超声洁牙器主要工作原理是：将高频振荡信号作用于超声换能器，利用逆压电效应（或磁致伸缩效应）产生超声振动并传递至工作尖，工作尖受到激励产生共振，利用工作尖的超声波共振可以将牙齿表面的菌斑、结石或牙周表面的细菌等清除。依据我国医药行业标准（YY 0460-2009）和国际电工委员会标准（IEC 61205：1993）,超声洁牙器工作尖的超声输出特性是重要的检测指标。常规超声洁牙器工作尖振动频率主要设计范围在18 kHz~60 kHz，其中以42 kHz工作频率最为常见。同时工作尖尺寸往往较小（＜1mm），无法采用传统的接触式振动传感器进行检测。因此，对于超声洁牙器振动性能的检测，通常采用激光测振仪完成，其非接触式的检测方式便于开展产线上产品的逐个检测，是产品良率和一致性的有力保障。某品牌的洁牙器尖端测振四、 超声焊接 超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40 KHz 电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。五．技术参数介绍昊量光电全新推出的微型超声测振仪光学元件集成化可以实现更加复杂的设计和更多的功能。集成光学芯片可以在一个单一的光学基底上包含数十到数百个光学元件，包括激光器、调制器、光电探测器和滤波器等。相对于传统基于分立器件的多普勒测振仪，MV-H以其低功耗、高性能、小型化的优势，为客户带来了低成本、便于集成的解决方案，也为激光振动传感器的广泛应用奠定了基础。1.产品参数指标2.软件功能完善3.丰富的配件可选上海昊量光电作为这款微型超声测振传感器在中国大陆地区蕞大的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。 更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

智能制造时代的到来，使得工业制造变得更加智能化，现如今科学仪器真走向不断袖珍化、智能化的发展方向。近日，美国休斯敦大学电机与电脑工程系的华裔教授石为穿发明了一款手机显微镜。　　美国休斯敦大学电机与电脑工程系的华裔教授石为穿最近发明了一款将智能手机变身为显微镜的超级武器——“点透镜”，可以用来观察小至微米的微观世界。这种点透镜轻巧、方便携带，预期将在教育、医疗等领域有着广泛的应用前景。　　实验室里的传统显微镜，动辄上万美金，且携带不便。而石为穿教授团队研发的这种点透镜，就像是一个智能手机的隐形眼镜，想要用的时候把它贴到手机镜头上，手机瞬间变身为显微镜。点透镜使用聚合物材料制作，只有两个米粒儿大小、携带超方便，而且制造成本低。点透镜突破了传统镜片叠加光学镜头的限制，分辨率高，可以清晰地观察到一滴水中形状各异、生机勃勃的微观生物。 点透镜有着广泛的应用领域，所有做微观观察的应用，都可以考虑点透镜，加上现在智能手机非常便宜，在一些偏远地区和发展中国家，也可以使用手机配备点透镜。一个最重要的应用就是医疗，点透镜可以协助做病理切片观察，协助诊断病情，大大降低诊断的花费。使用点透镜技术，还能方便探测水域中的病菌等微生物对人类健康产生的影响。另一个最直接的用途就是教育领域，学生做生物或化学试验，或去野外观察植物、动物，携带一个轻巧的点透镜，就等于带了一个显微镜，可以随意拍摄想感兴趣的东西，还可以录影。

化学家们日前的一项成就，为制造更高性能的光谱仪铺平了道路，而这种光谱仪将比手机照相机镜头的图像传感器还要微型。1日出版的英国《自然》杂志上的一篇论文，详细描述了一种微型量子点光谱仪，其未来应用包括太空探索、个性化医疗、微流控芯片实验室诊断平台等。 　　光谱仪作为一种分析仪器，几乎在每个科学领域都会用到，尤其在物理、化学和生物学研究中必不可少。这类设备通常体积过大以致于难以移动。科学家长期致力于让光谱仪小型化、成本低廉且易于使用，以便增加它们的使用范围。但一直以来，相关努力都不是很成功。 　　据美国麻省理工学院官方网站消息，此次，前麻省理工学院博士后、中国清华大学的鲍捷以及麻省理工学院化学教授莫吉· 巴旺迪提出，现有微型光谱仪的设计局限可以用胶体量子点克服，量子点是高度可调控的、微型的并且对光敏感的半导体晶体，使用量子点可以在减小光谱仪体积的同时不影响它的分辨率、使用范围和效率。 　　研究人员展示了一个用195个不同的量子点做成的光谱仪，其每一个量子点都对特定光谱范围敏感，可以过滤各种波长的光并检测到非常小的光谱移位。美国加州大学伯克利分校物理学副教授王锋(音)认为，这个堪称&ldquo 美丽&rdquo 的方式，利用半导体量子点微型光谱仪来控制光吸收，该设备体积之小、性能之高，在以前还从未实现过。 　　论文作者们表示，这一系统兼具了高性能和简洁性，容易制造并有进一步小型化的可能，所以将会在很大程度上有利于那些需要缩小尺寸、重量、成本和复杂性的应用。其与小型设备结合后，可用于诊断皮肤状况或分析尿液样本，甚至用于追踪生命体征诸如脉搏和血氧水平等。与此同时，这一研究也代表了量子点的新应用，这种纳米结构材料现主要适用于标记细胞和生物分子，在计算机及电视显示屏领域也大有用武之地。 　　总编辑圈点 　　量子点这种发现于上世纪80年代的纳米晶体，吸收性能众所周知并且非常稳定。现在利用量子点固有的性质打造出新型光谱仪的优点，甚至足够小到可以在智能手机中运行，使得一个以往笨重的实验设备轻松走入日常生活。受益的，不仅仅是科学家们研究原子能量水平、分析生物组织样品，更多的行业都可随时利用光谱仪，譬如检测环境污染、判断食品安全等等。

从1992年Mike Morris发明世界上第一个微型光纤光谱仪至今已经24年了，各个行业已经开发了数以千计的应用。广阔的市场前景吸引了越来越多的公司，包括仪器仪表行业的大公司都开始参与到这个领域的竞争。　　微型光纤光谱仪可以应用于哪些领域?　　第一， 光谱仪可以分析各种光源发出的光，这些光源包括太阳，LED, 激光，平板显示器件，等离子体，气体放电，火焰燃烧，受激发光，化学发光等等基于各种原理的发光体。　　第二， 光谱仪可以分析光与各种物质相互作用后的光，相互作用后的光一般都含有与物质微观结构有关的丰富信息。在这里光可以看成是探索物质微观结构的“探针”，因此，微型光谱仪通常被列为光学传感类(optical sensing)。　　第三， 由于微型光谱仪的体积小，所以适合于便携，手持，现场，在线，原位，活体，非破坏性应用场合。由于光纤的使用，所以适合在有害环境下(包括化学，生物，放射性)进行远程测量。由于微型光谱仪内无移动部件，可靠性高，因此，适合于工作在环境恶劣的工业现场。由于采用探测器陈列，可一次获得全光谱，测试速度快，因此适合需要高速测量的应用，例如工业在线检测，化学反应动力学监测。　　由于微型光谱仪应用领域非常广，在如此短的篇幅内无法详细列举所有的应用。以下，我们就当今社会最关注的领域中比较成功的应用案列进行分析：　　环保行业：　　-燃煤电厂烟气排放监测系统用于监测电厂在脱硫和脱硝之后对于大气的排放废气中SO2，NOx的含量。　　这基于气体紫外吸光度测量的原理，看似简单，但是在解决实际问题时，必须要克服一些具体困难。由于实际应用中的待测气体样品中有颗粒物存在，如何将颗粒物对光的散射引起光的能量损耗扣除掉,以获得准确的浓度值?1970年代德国科学家Ulrich Platt在研究大气紫外吸收时，发现颗粒物散射谱随波长变化慢，气体分子紫外吸收谱随波长变化陡峭，因此对光谱进行微分，再进行数字滤波，将低频分量滤去，就可以将散射的影响扣除，这就是著名的DOAS技术(Differential Optical Absorption Spectroscopy)。由此可见，应用研究的重要性。　　-对于地表水的有机物综合指标的监测　　有机物综合指标是指化学需氧量(COD)，生化需氧量(BOD)，总有机碳(TOC)，高锰酸盐指数(CODMn)，总磷(TP)，总氮(TN)，多环芳烃(PAHs)。分析地表水的有机物综合指标的困难在于，第一，这不是由单一化学组分决定的，而是由水中大量化学组分的综合效果 第二，水体中除了有机物之外，还有许多其它的干扰因素，譬如泥沙，会影响测量结果的准确度。　　不少地方仍然采用化学滴定方法检测，这种方法虽然准确度高，由于需要采用化学试剂会对水体造成二次污染，而且设备复杂，测试所需时间长，运行费用高。　　采用紫外吸收光谱技术，通过对大量水样建模和多变量化学计量学分析，可以获得有机物综合指标。但是实际的水样中总会含有泥沙，泥沙含量较高时，这些无机物也会使透光量减少，探测器无法区分透射光强度减少，究竟是被有机物吸收了，还是泥沙的散射引起透光量的减少，从而带来误差。而且，在有机物含量较少时，测量误差较大。浙江大学的吴铁军教授发现如果加用荧光光谱测试，由于无机物是不会产生荧光的，因此，融合荧光光谱和紫外吸收光谱的数据，就可以扣除无机物的影响。这种创新的方法可以用一台仪器同时测量出上述七个水的有机物污染的综合指标。　　这个案例告诉我们，在分析复杂体系时，基于多变量化学计量学的算法和建模是极端重要的。　　食品安全　　-水，土壤和鱼的汞超标　　由于环境污染体现在地表水和土壤的汞超标，汞又特别容易在生物组织中积累，譬如鱼类。摄入过量的汞会影响人的神经系统，儿童的发育生长。全球140个国家都对食品中汞的含量有规定。现有的分析方法非常耗时并只能在实验室使用。　　美国Jackson州立大学发明了一种基于纳米材料表面能量转移技术NSET(Nanomaterial Surface Energy Transfer)的检测微量汞的便携式仪器。NSET技术原理如下，当罗丹明B(RhB)分子吸附在胶体金纳米颗粒时，胶体金纳米颗粒会使RhB荧光焠灭，当有Hg2+离子存在时，RhB会从纳米金颗粒表面释放,与汞离子结合，并在532nm激光激发下开始发荧光，荧光的强度与Hg2+离子浓度成正比。(见图2)这种方法检测灵敏度很高，汞的检测线0.8ppb,美国环境署水中汞含量的标准为2ppb.并能检测鱼组织中的汞，达到美国环保署0.55ppm的要求。图1 吸附在纳米金颗粒表面的罗丹明RhB，它的荧光强度与待测样品中汞的浓度成正比　　这个案例中检测汞的原理就不那么直截了当，待测物汞本身并不能受激发荧光，而当汞离子与罗丹明RhB结合时，RhB充当标记物(marker)的角色，另一方面，利用了纳米金颗粒能使RhB荧光焠灭的特性。　　-检测奶粉中的微量三聚氰胺　　采用表面增强拉曼光谱技术SERS(Surface Enhanced Raman Spectroscopy),在785nm激光的激发下，待测的三聚氰胺的分子在基于纳米金颗粒的SERS芯片上，在激光强电磁场的作用下，与纳米颗粒表面的等离子激元发生谐振，拉曼光谱的强度被大大增强。(见图2)采用便携式拉曼光谱仪和SERS芯片三聚氰胺的检测限可达到12ppm。图2在打印的SERS芯片表面增强拉曼光谱与三聚氰胺浓度的线性关系　　拉曼光谱技术，由于拉曼信号特别微弱，所以只适合应用于分析浓度较高的物质主成分。由于纳米材料科学，表面物理科学，激光技术的发展，才使SERS技术逐步进入应用阶段，用于分析痕量物质。不断提高测量的重复性，稳定性，降低SERS芯片的价格，使更多的应用领域用得起SERS技术。　　-鉴别假冒的初榨橄榄油　　常用的方法是观察油的颜色，但是在不同光线下显示的颜色是不同的，而且造假者会用叶绿素或b胡萝卜素去调节油的颜色去靠近真品的颜色。用低档橄榄油或者葵瓜子油，菜油稀释初榨橄榄油都可以用便携仪器进行吸光度测量方法鉴别。　　正是由于光纤光谱仪的便携性和快速，使其得以应用在仓库，海关现场快速验货。图3 不同比例的低档橄榄油稀释初榨橄榄油对于吸光度的影响　　-对食品内黄曲霉素的快速检测　　发霉和变质的粮食，花生，坚果含有致癌的黄曲霉素。现用的主流技术有液相色谱仪HPLC，　　液相-质谱联用仪LC-MS。这些技术只能在实验室用，并且设备昂贵，分析时间长，还要用大量化学溶剂，污染环境，操作和维护保养麻烦，需专业人员操作。也有用酶联免疫分析技术(ELISA)，这种方法测量精度不如HPLC，并经常会报告假阳性。　　因此，急需一种可以在现场快速筛检的设备。英国的Ray Coker博士发明了一种基于紫外荧光光谱的技术，先将样品进行预处理，使待测毒素分离，富集，然后用紫外荧光光谱分析，在365nm LED光源激发下，测量其荧光，并采用专利的算法，一次同时测得4种黄曲霉素(B1,B2,G1,G2,M1)和赭曲霉素A，其检测限1ppb,即零点几ppb，满足最严格的欧盟标准,可与HPLC比拟。这种方法其实还可以成为快速检测的平台，包括病原体检测，贝类毒素检测，兽药残留检测，动物饲料中真菌毒素检测，假药甄别检测，农药残留检测，MRSA(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus)耐甲氧西林金黄色葡萄球菌检测。　　该案例的技术难点在于样品预处理，如何从成分复杂的待测食品样品中将微量待测物萃取，分离，富集，第二，如何挑选出具有高度特异性的抗体，使自身不会发荧光的毒素与标记物(marker)可以用荧光技术来检测 第三，如何从光谱数据提取出有用信息的算法。　　-食源性致病菌的快速检测　　检测食品中的致病微生物，现行的方法，譬如检测细菌的金标准方法“平板计数法”(Culture Plating)，虽然准确，但是分析所需时间太长，需要2-3天。其它的方法，例如酶联免疫吸附测定法ELISA,虽然速度快了，但是灵敏度不高。聚合酶链式反应法PCR方法，虽然速度快了，灵敏度也高一些，但需要复杂的核酸提取过程。总之，需要一种快速，灵敏，准确，特异性强的检测方法。　　食品是一个成分复杂的物质，我们需要分析其中微量的细菌，首先要解决的问题是如何从复杂的背景中提取并富集这些待测的细菌 第二，按照国家标准，允许存在的细菌浓度必须很低，因此要求检测方法的灵敏度很高 第三，实际上，食物中很可能同时存在多种细菌，因此检测方法一定能够同时，分别检测出多种目标物。　　美国阿肯色大学生物与农业工程系Yanbin Li教授团队近年来利用免疫纳米磁珠与免疫量子点对食源性致病菌进行快速检测。同时检测李斯特菌，沙门氏菌，大肠杆菌，检测下限可达到101 CFU/ml。(见图4) 图4(a)纯细菌样本的荧光光谱 (b)含致病菌的牛肉样本的荧光光谱　　其基本原理是利用免疫检测方法，即先用第一抗体去修饰纳米磁珠，形成细菌-免疫磁珠复合体，在与样品均匀混合时，抗体就会与样品中的目标细菌进行免疫反应，在强磁场作用下，这些被免疫磁珠抓住的细菌就会被吸附到磁极，从而实现了细菌从复杂的背景物中分离。但是抓住细菌的磁珠不会受激发射荧光。我们知道量子点是可以受激发光的，如果用被第二抗体修饰的量子点作细菌的标记物，就可以通过测量量子点发出的荧光强度来间接测量细菌的浓度。利用抗体的特异性，即不同的抗体专门去抓不同的细菌。再利用量子点发光的波长取决于量子点的大小的特点。就可以通过对于荧光光谱相应的波峰强度测量，同时测量不同细菌的浓度。　　生命科学和医疗诊断　　-核酸，蛋白质分析　　对核酸和蛋白质进行定量分析是现代生命科学实验中最基本的工具。　　紫外吸光度方法是测量核酸浓度最常用的方法之一。核酸包括：DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)。它的基本组成是核苷酸。核苷酸又是以含氮的碱基，戊糖和磷酸组成。五种碱基包括嘌呤和嘧啶。碱基上苯环的共轭双键在紫外波段有强吸收，最强的吸收峰在260nm。核酸浓度与波长260nm的吸光度成线性关系，这就是用紫外吸光度方法测量核酸浓度的基本原理。核酸样品中如果含有蛋白质，蛋白质的紫外吸收峰在波长280nm，但是蛋白质在280nm的吸光度只有核酸在260nm的吸光度的1/10，利用样品在这两个波长的吸光度比值，可以得到核酸的纯度。　　核酸，蛋白质这类生物样品的量常常很小，甚至在mL量级，微量样品的采样在技术上是一个难点。美国热电公司的NanoDrop2000型紫外/可见分光光度计巧妙地利用表面张力的原理，将待测样品液滴置于连接光源的光纤端头和连接微型光谱仪的光纤端头之间，形成待测样品液柱。利用这种采样技术，可以不用稀释样品就可以测量高浓度的DNA样品，对于双链DNA样品，可测的浓度可高达15000ng/ml。　　该仪器还可以利用蛋白质在280nm的吸收来测量蛋白质的浓度。这是由于蛋白质分子结构中含有芳香族氨基酸，而芳香族氨基酸(主要是酪氨酸和色氨酸)的紫外吸收的峰值位于280nm。　　蛋白质实际测量中遇到的问题是待测样品中常常含有其它化学试剂的残余，而这些杂质对紫外吸光度测量有干扰，影响测量的准确性。因此就在对蛋白质的各种性质研究的基础上，发展了各种其它的测量方法，以摆脱杂质对测量的干扰。例如蛋白质和染料的结合，蛋白质和铜离子的络合反应?　　同样这一台工作在紫外/可见波段的分光光度计NanoDrop，基于不同的原理，还可以在不同的波长用于蛋白质定量分析。譬如，Bradford法测蛋白质，这是基于让染料分子(考马斯亮蓝G250)与蛋白质结合成复合体,该复合体在595nm有最大吸收峰，这种方法的好处是待测蛋白质样品中可能含有的K+,Na+,Mg2+,(NH4)2SO4,乙醇等杂质不会干扰蛋白质测定。BCA法则是利用蛋白质的化学性质，即在碱性条件下蛋白质可以与Cu2+发生络合反应，并将Cu2+还原为Cu+，而BCA (bicinchoninic acid)则会与Cu+反应形成稳定的复合物，它的吸收峰在562nm。这就是BCA法测量蛋白质的原理。　　-紫外荧光光谱是研究蛋白质组分，构象的强大工具。　　实验发现大部分蛋白质中有三种氨基酸残基具有内源性荧光的特性，它们分别是：色氨酸tryptophan (Trp), 酪氨酸tyrosine (Tyr) and 苯丙氨酸phenylalanine (Phe)。但是，实验中常用的是Trp和Tyr的内源性荧光，主要是因为这两种氨基酸的残基的荧光的量子效率比较高，所发出的荧光信号较强。Phe受激荧光的量子效率较低，激发波长在257nm。如果采用波长为280nm的激发光，由于Trp和Tyr的激发波长比较接近(分别为280nm，274nm),因此Trp和Tyr会同时有荧光信号。如果想选择性地只激发Trp，则可以采用295nm激发光源。　　实验进一步发现，氨基酸残基的內源荧光的强度，峰位对于氨基酸的组分和构象状态十分敏感。这是因为在蛋白质分子处于自然折叠状态时，Trp和Tyr被包裹在蛋白质的中心位置。而当采用升高温度，采用尿素，盐酸胍，或者调解pH值等方法，使得蛋白质展开(图6A)。原先在折叠状态下埋在里面的疏水核心就暴露在溶剂中。Trp和Tyr就暴露在周围的环境中，它的荧光发光特性发生变化(图5B)　　图5 用Trp的荧光来监测蛋白质的构象状态。图6A中Trp是用红点和红色字母w表示，在蛋白质处于自然折叠的状态下Trp被埋藏在疏水的环境中，展开后则暴露在溶剂的环境中。图5B，在自然折叠状态下Trp处于疏水状态下，荧光强 反之，在展开状态下，Trp暴露在溶剂中，荧光强度下降。　　实验还发现Trp残基的荧光峰值的波长与周围的溶剂有关，发生Stoke位移。　　研究蛋白质的分子折叠和展开有什么应用价值?有些疾病与人体内蛋白质分子的构象状态有关. 譬如, 有些退行性神经病变，就与蛋白质分子的展开有关，因此蛋白质的荧光光谱有时可用于退行性神经病变的诊断。　　-医学诊断　　一般而论, 采用光纤光谱仪作为医学诊断的手段有两个优点. 一个优点是非侵入性, 第二个优点是体积小, 仪器方便携带, 因此, 可以部署在病床边上, 县以下的基层诊所, 战地，出诊.　　以下举一些例子.　　基于吸光度和荧光技术的血样，尿样在生化分析仪器在医院的分析实验室几乎处处可见，现在可以做得更小，更便宜.　　对于皮肤癌，乳腺癌可以对人体组织活体(in vivo)用拉曼光谱或反射光谱技术进行诊断.　　黄疸病对于新生儿是常见的，而且无害，但是，对于早产婴儿则有造成大脑损伤的危险。因此，需要密切监测血液中胆红素的浓度。现行的方法是针刺婴儿的脚跟取血样，然后送实验室进行生化分析，大约需要一个小时，每日三次。如果对新生儿脚底皮肤用光学方法，通过反射谱测量，立即可以分析得到血液中胆红素的浓度，可以比现行的方法更快地诊断黄疸病，并使婴儿免受脚跟针刺之苦，这就是非侵入性带来的好处。　　脉搏血氧仪是用红光和近红外透射测量技术连续监测血氧饱和度。慢性阻塞性肺病，哮喘等呼吸性疾病，病人的血氧饱和度是表征病的严重程度的非常重要的指标。　　在线检测：　　-为了得到辛烷值(RON)合乎标准的92号，95号汽油，石油炼化厂需要将重整催化工艺所得到的高辛烷值油与低辛烷值的催化裂化汽油按适当比例进行调和，以最终获得辛烷值符合国家标准，而且产率足够高的汽油。生产工艺需要在线测量汽油的辛烷值，并根据测量值去控制重整反应器的温度。　　浙江大学戴连奎教授采用在线拉曼光谱系统测量重整汽油的辛烷值。其辛烷值主要取决于待测油品中直链烷烃、侧链烷烃、环烷烃与芳烃含量。拉曼光谱可以很好地显示直链烷烃、侧链烷烃、环烷烃与芳烃等物质的特征峰，因此可以很好的计算各种芳烃和其它烷烃等物质的含量。由于不同的烃类物质对辛烷值的影响不同，需要综合考虑每类物质对辛烷值的影响。通过含量高低建立相应的预测模型可以很好地测量汽油样品的辛烷值。相比于红外光谱，拉曼光谱特征峰明显，建立模型所需的样品数量也大为减少。相比色谱，拉曼光谱测量速度较快，使用和维护成本较低。图6 重整汽油的拉曼光谱(经过数据的预处理)　　在此应用案例中，待测的汽油辛烷值并不是由单一物质的分子的光谱所决定的，而是由多种烃类的分子的综合作用所决定。因此，有了光谱之后，如何得到辛烷值，建模就是关键。

截止到4月1日，意大利确诊新冠肺炎病例近10万。随着每日新增病例的快速增长，能够帮助危重病患重新呼吸的有创呼吸机，已成为意大利乃至全欧洲最紧俏的医疗设备。据当地媒体报道，意大利本地较大的呼吸机厂商只能月供160台呼吸机，相比政府建议的疫情期间每月500台的需求，存在很大缺口。THOMAS作为呼吸机的核心部件供应商，近期也接受了上海报业集团界面新闻记者的采访。英格索兰精密与科学技术医疗事业部旗下位于江苏无锡的Thomas工厂是江苏省春节后首批复工企业，生产呼吸机空压机模块核心部件，为火神山、武汉协和等一线医院ICU服役的数万台有创呼吸机提供稳定和灵活的气源。最近两周，随着中国以外全球新冠肺炎疫情的爆发，Thomas无锡工厂订单出货趋势也从中国转向欧美，且越来越多的呼吸机厂商告知Thomas，他们的海外需求多来自意大利，希望加急处理。春节前，Thomas无锡工厂就收到许多呼吸机厂商支援武汉抗疫一线的呼吸机压缩机订单。配备了Thomas微型压缩机的有创呼吸机不仅可以在临时ICU病房里单独运作，也可以根据现场病房供气配置，在集中供气和单独连接气源之间灵活切换。所配套的某深圳客户的呼吸机产品，还可以根据患者的状态，实现有创/无创通气，真正实现了一机两用。这个特性不仅缓解了新冠肺炎抗疫一线医疗机构设备紧缺的压力，还避免了调用不同通气需求呼吸机所产生的交叉感染风险，对患者和医务人员都做到了有效的防护。这款一机两用的呼吸机，治疗新冠患者的画面已不止一次出现在央视的新闻联播和重症现场抗疫专家专访节目中。Thomas微型压缩机作为其空压机模块的核心部件，在幕后为呼吸机的平稳运作保驾护航。被众多抗疫专家青睐的有创呼吸机已成为危重新冠肺炎患者的生命机。最近两周，众多呼吸机客户积极通过海外使领馆、国际红十字会和联合国相关组织，向意大利医疗机构推广呼吸机在中国的抗疫成功应用。为了应对来自海外市场的井喷需求，Thomas无锡工厂和我们众多呼吸机厂商一道增产增能，同心协力确保海外危重新冠肺炎患者能用上来自中国的生命机。关于英格索兰英格索兰（纽交所代码：IR），以企业家精神和主人翁意识为动力，致力于创造美好生活。我们通过旗下备受赞誉的40余个品牌，在工业、能源、医疗和特种多功能车领域提供关键和创新的产品与服务，涵盖空气压缩机、泵、鼓风机，以及流体管理、装载、动力工具和物料吊装系统以及知名的Club Car品牌多功能车。在极其复杂和严苛的工况下，亦能确保优越的性能。我们在世界各地的16,000多名员工将持之以恒地为客户提供可靠的专业知识，帮助客户提高生产力并提升效率，与客户建立终身连接。

走进浙江大学信息与电子工程学院智能传感所的百人计划研究员杨宗银的办公室，可以看到电路焊接平台上，电烙铁、电路板、各种零配件一应俱全，办公室俨然是一座实验室。杨宗银（左）指导学生做实验 王崇均/摄“回到浙大任教后，我对自己的办公室做了规划，圆了儿时的梦想。”杨宗银说，“很享受制作机械电路的过程，比打游戏有趣。”继2019年在《科学》杂志刊发世界上最小光谱仪成果后，今年3月，杨宗银作为第一作者撰写的综述，又在线发表于《科学》。该文章首次系统性总结了光谱仪微型化的技术方案和发展历程，引起国际科学界高度关注。150次失败后的成功 把心路写进实验记录本光谱仪是测量光谱线中各个波长强度的设备，可以对物质成份和结构进行测知，广泛应用于科研、生产和生活中。比如一个苹果是否成熟、含糖量如何，通过光谱仪的“火眼金睛”就能一目了然。杨宗银研制的世界上最小光谱仪，直径在一百微米以下，不到头发丝直径的一半。“这么小的尺寸很适合装进我们的手机中，将来或可通过拍摄进行食品安全和健康的监测。”他在谈及未来应用时说，“再过几个月，团队研制的微型高光谱成像样机就将面世。”这样一个比头发丝直径还小的器件，杨宗银前前后后研究了8年。攻读博士期间，杨宗银每天都是剑桥大学电子工程系实验楼最晚走的那个人，但每一次回寝前都对实验结果不甚满意。 “早起努力！” “新idea明天试一下… … 又失败了。”打开杨宗银的实验笔记，上面用英文密密麻麻写着各类实验优化的细节，但每天都有几句中文格外醒目。“刚开始做实验是非常有新鲜感的，但是失败次数越多自己也会感到很无力。”他说，于是自己便在笔记中记下实验中的灵光一闪，或者勉励的话，“每天都期待好的结果，同时又期待新的一天快快到来。”“当时就写了整整三大本笔记本。”杨宗银说，偶尔也会心灰意冷，但是内心的那份热爱总能驱使自己去找失败的原因再尝试一次。2018年8月，历时3年，历经150次失败，实验终于成功，他的论文于第二年5月投稿《科学》杂志，7月便被接受。评审专家评价这个工作是“集合了世界上最先进的材料合成工艺，配上最高超的器件制作水准、实验技巧和巧妙的算法，是一个惊艳之作。”荣誉随之而来，杨宗银获得了剑桥大学国际生全额奖学金和国家优秀自费留学特别优秀奖，还被选为剑桥大学国王学院研究员，是学院第一位华人研究员。交叉与蜕变 兴趣是最好的老师杨宗银这份愈挫愈勇的劲头，在他求学浙大期间就已经打下基础。在浙大读硕士生的杨宗银，在世界上首次“生长”出了彩虹渐变的半导体纳米线。这种材料可以发出五颜六色的光，非常漂亮。这份光亮的背后是他近一万个小时的不断试错改进的艰辛。凭着兴趣与热爱，他在浙大学习时打开了一片新天地。在机械工程学院完成本科学业时，杨宗银就把机器人、机械设计等领域的各类竞赛都参加了一遍，乐在其中，还拿过全国大学生机械创新设计大赛一等奖。浙江大学机械工程学院教授顾大强，在担任杨宗银导师期间，经常教导他“要用最巧妙的机构完成一件复杂的事情”。这种思维训练对杨宗银来说终身受益。后来杨宗银被保送到浙大光电科学与工程学院攻读硕士。他回忆道：“交叉融合的求学经历为我后来研究提供了便利条件，当面临没有现成的设备时，可以直接自己做一个。”“我从小就喜欢做点小发明，比如随着光照自动响的闹钟、光控灯，或者把家里收音机、闹钟等拆开，研究其中的机理。为此也没少挨父母批评。”杨宗银笑称。在硕士期间，杨宗银除了生长出彩虹渐变半导体纳米线，还基于这种材料开发了世界最宽光谱可调谐激光器。就像收音机不同的调台，能够听到不同的节目，不同的激光波长能够对物质进行不同层面的探测。读文献到写文献 绘制一个领域“藏宝图”现如今，传统的光谱仪由于体积庞大已经无法满足日益发展的光谱检测技术的需求，然而，减小光谱仪的分光元件或探测器尺寸将导致光谱分辨率、灵敏度及动态范围显著下降。光谱仪的微型化是目前科技界面临的一项重大技术挑战。回到浙大任职后，杨宗银的研究是将微型光谱仪进一步往应用端迈进。“光电技术终究还是要落实到百姓的实际应用中才更有意义”。其中，向全球科研探索者们展现微型光谱仪领域的“全景”也成为其工作计划之一。杨宗银认为，只是把技术原理和研究进展介绍清楚是远远不够的，还要有全局观，用一个清晰的脉络把全文串起来。一篇好的文献综述，就是认识一个领域的主心骨，是一张“藏宝图”。“我把整个领域几百篇文献捋了好几遍，了然于胸，最后像介绍老朋友一样把它们串起来讲。”杨宗银介绍，“在后续的修改中，我和另外几位合作者讨论了几十次，不厌其烦地对文章进行精雕细琢。记得我在准备文章图片的时候盯着屏幕好几天就为了不让它们有一点瑕疵。”如何用好“藏宝图”？杨宗银也有自己的独家秘籍。担任博导的他，会给新生“打样”，面对面教学生如何读文献管理文献。“每读完一篇文献后，在软件里做个标签，这样日积月累，大量的文献就能理出一个脉络，后续根据这些标签迅速找到需要的文献。”从前沿探究的坚持不懈，到带领学生探索的孜孜不倦。他还会手把手指导学生如何搭建和使用实验仪器，也乐在其中。“如果说，科研的成就感在于做出独创的贡献和价值，”杨宗银说，“那么带学生就是自我价值的延伸。”

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摘要：光纤光谱仪自从上个世纪末被发明以来，其应用越来越广泛。交叉式切尼-特纳(czerny-turner，简称c-t)光路和基本型c-t光路(m型光路)，是光纤光谱仪中最常见的两种分光光路，本文将详细介绍交叉c-t光路和m型光路的基础原理和各自的优缺点，交叉c-t光路结构紧凑、灵敏度较高，而m型光路分辨率较高、杂散光性能更优。　　常见的微型光谱仪一般是基于光栅分光，光谱仪的光学光路系统主要分为反射式和透射式系统，透射式系统光学系统体积较小并且光强较强，但在远红外到远紫外的光谱范围内缺少制造透镜所需要的材料，会导致测得的光谱曲线不准，因此现代微型光谱仪很少采用这种结构 反射式系统适用的光谱范围较广，虽然相比透射式系统光强较弱，但反射镜不产生色差，利于获得平直的谱面，成像镜选用反射镜能够保证探测器系统接收光谱的质量。所以市面上主要以反射式光路的光谱仪为主。　　反射式光路中，目前光纤光谱仪市场，比较普遍采用的光路结构形式分为：基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构(非交叉式)和交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路结构。基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构因其形状酷似字母“m”，因此也常被称为m型光路结构，这便是m型光路的由来。　　图 1基本型切尼-特纳(czerny-turner)光路结构，光路看上去像字母“m”，所以也称为m型光路。m型光路看上去也像阿拉伯数字“3”，因此奥谱天成m型光路光谱仪的名称均带有3(第三位数为3)，如atp5030、atp5034、atp3030、atp3034 　　图 2 交叉式c-t光路结构示意图　　光谱仪光路的光学性能，主要受数值孔径、球差、像散、慧差，及各种像差的综合性影响，从而决定了系统的光学灵敏度、杂散光和光学分辨率。　　常见光谱仪采用球面反射镜，球差是必然存在的，球面镜无法使系统中各球差项相消，交叉式和m型光路都只能校准到一定的水平，球差是一种累加的方式。m型光谱仪可通过控制相对孔径来使球差小于像差容限，从而满足分辨率的要求，在设计中有选择的缩小m型光路的数值孔径可以比较明显的提高分辨率。如果想更进一步的消除球差影响，那么可以采用抛物面或者自由曲面的方式来进行优化设计，但是成本昂贵，加工难度大，所以目前并没有被市场接受。　　交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路结构的慧差相对于m型光路来说有个相对突出的特点是，慧差可以被校准到一个比较理想的数值，并且得到的光谱斑点较为规整。具体体现在对交叉式结构分辨率的提升上。　　m型光路在像散优化中具有明显的天然优势，可将像散校正到一个很低的水平。相反的交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路在像散的校准方面比较弱，使得该光路的光谱分辨率较低。　　m型光路由于是一种相对对称的光学结构，杂散光会略微好于交叉对称型光路，但这并不会直接体现在两种系统的杂散光最终指标上。杂散光的抑制主要还是通过外部光学陷阱，内部采用吸光材质或者增加粗糙度来提高对漫反射光的吸收，最终达到消除杂散光效果。　　交叉式切尼-特纳光路是由m型光路发展而来，我们通常认为交叉式光路是一种折叠式的光路，所谓折叠式就是在整体的结构尺寸和空间利用上有必然的优势，结构更紧凑合理。m型光路则是一种展开式光路，在整体的尺寸和空间利用上不及交叉式切尼-特纳光路。因交叉式光路最为紧凑，所以在微型光谱仪中通常采用的是就是这种交叉式光路。而针对于分辨率要求比较高的场合则更多的采用m型光路。　　分辨率是光谱仪最重要的指标之一，从像差优化设计来看，m型光路像差优化效果更好，使得m型光路拥有更佳的分辨率，主要被用于高分辨率光谱仪中。而交叉式切尼-特纳(czerny-turner)光路则用于中低分辨率光谱仪中。表 1 m型光路和交叉式c-t型光路的对比　　奥谱天成的光谱仪系列产品齐全，依据m型光路和交叉式切尼-特纳光路各自的光路特点和客户需求，设计了多款相应的仪器，各自均对应不同的应用领域：　　l atp2000、atp5020、atp3040、atp5040采用了交叉型ct光路，重点突出结构的紧凑性和高灵敏度 　　l atp3030、atp5030、atp3034、atp5034采用m型光路，重点突出高分辨率和低杂散光。　　狭缝50μm，光谱仪范围200-1000nm两者的分辨率对比。图3可观察到，m型光路整段分辨率表现为中间最好，两边逐渐变差 交叉型光路往长波方向分辨率逐渐变好。这部分的差异主要体现在设计优化中，可从设计中去调整不同的分辨率走势来达到设计的要求。图4中可看出，在520nm处两种不同光路的点列图情况，m型光路的rms半径值为11 μm，交叉型ct光路的rms半径值为98 μm。m型光路实际测试fwhm=1.3nm，交叉型光路实际测试fwhm=2.5nm。m型光谱仪分辨率明显好于交叉型光谱仪。在实际的使用和光谱仪选择中，客户可根据分辨率、杂散光、灵敏度、体积等几个指标有针对性的挑选相应的光谱仪，从而使得仪器与使用需求完美匹配。图 3 奥谱天成生成的atp2000和atp3030图 4 两种光路结构的分辨率rms spot radius对比，200-1000nm波长范围，从图中可以看出，交叉c-t型光路的光斑尺寸为75 μm，而m型光路的光斑尺寸仅为3.5 μm，m型光路的分辨率优于交叉c-t型 (a)交叉型ct光路(该光路应用于atp2000) (b)m型光路(该光路应用于atp3030)　　图 5 200-1000nm光谱范围，两种光路结构在520nm处的分辨率对比，交叉c-t型光路为98.9 μm，m型光路为11 μm，可知m型光路的分辨率明显优于交叉c-t型 (a) atp2000交叉型ct光路 (b) atp3030m型光路表 2 奥谱天成采用m型光路的光纤光谱仪和采用交叉c-t光路的光纤光谱仪，型号的第三位数字为3的均为m型光路 型号首位数字为5、6的，探测器具有制冷。　　图 6 奥谱天成的光纤光谱仪产品集

光谱学是测量紫外、可见、近红外和红外波段光强度的技术。光谱测量被广泛应用于多种领域，如颜色测量、化学成份的浓度测量或辐射度学分析、膜厚测量、气体成分分析等领域。　　在上世纪九十年代以来，微电子领域中的多象元光学探测器(例如CCD，光电二极管阵列)制造技术迅猛发展，使生产低成本扫描仪和CCD相机成为可能。美国海洋光学公司的微型光纤光谱仪使用了同样的CCD(CCD光谱仪)和光电二极管阵列探测器，可以对整个光谱进行快速扫描，不需要转动光栅。　　微型光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。由于光纤的方便性，用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。其优势在于测量系统的模块化和灵活性，且测量速度非常快，可以用于在线分析。而且由于采用了低成本的通用探测器，降低了光谱仪的成本，从而也降低了整个测量系统的造价。　　微型光纤光谱仪基本配置包括包括一个光栅，一个狭缝和一个探测器。这些部件的参数在选购光谱仪时必须详细说明。光谱仪的性能取决于这些部件的精确组合与校准，校准后光纤光谱仪，原则上这些配件都不能有任何的变动。那么微型光纤光谱仪在选型时有哪些必须要注意的呢？　　① 光学分辨率　　光学分辨率是配置微型光纤光谱仪时经常被考虑的主要因素之一。当用户为了追求微型光纤光谱仪的高分辨率时，在选型时会选择具有尽可能多像元数探测器的微型光谱仪。而实际上光学分辨率不仅仅由探测器的像元数决定，还与狭缝宽度和光栅的刻线密度有关。所以当讨论分辨率时，通常用色散或用波长范围除以像元数。　　半高全宽值(FWHM)，即最大峰值光强一半处所对应的谱线宽度是一种表述分辨率更好的方法(见上图)。用FWHM可以对不同光谱仪的实际光学性能进行直接对比。用这种表示方法可以避免一些缺陷，例如：有的光栅并没有用到全部像元 采用交叉式Czerny-Turner光路设计的光谱仪中，光学系统不能把狭缝清晰地成像在探测器上，这是由于光路中过大的反射角和固有的系统放大倍率造成的。 　　② 灵敏度　　灵敏度是配置光谱仪时所需要考虑的另一个因素。现在的主流微型光纤光谱仪都采用线阵探测器，所以灵敏度跟像素数没有任何关系。但面阵探测器例外，因为面阵探测器在垂直方向的每个像素都会被累积，在某种意义上垂直方向上的所有像素的累积可以被看成一个更大的像素。因此，在考虑某种应用对灵敏度的要求时，更重要的是看探测器的响应曲线。下图中给出了海洋光学微型光纤光谱仪采用的两种典型探测器的灵敏度响应曲线。　　③信噪比　　信噪比也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。对于CCD光谱仪，较高的灵敏度导致了较低的信噪比。在一定范围内，可以通过对光谱进行多次平均来提高信噪比。平均次数的平方根恰好是信噪比提高的倍数。例如，光谱平均100次，信噪比能提高10倍。有些应用需要较高的信噪比，此时用户应当比较在光谱仪中的光学平台和探测器的综合信噪比。需要强调的是，用户一定要搞清楚厂家给出的信噪比是不是整个光谱仪系统的信噪比，因为只有整个光谱仪系统的信噪比才是最重要的。一个信噪比高的探测器配一个性能不高的光路，那么它的高信噪比就没有实际意义。比较不同探测器和微型光纤光谱仪间的信噪比的比较好的方法是：测量100次，然后对每个像元计算平均值和标准偏差，信噪比等于平均值除以标准偏差。测量信噪比时，信号强度应当接近饱和，并设置正确的平滑值(如果需要的话)。　　④ 光栅选择　　光栅选择是最比较复杂的。通常有两个因素决定了光栅的选择：波长范围和光学分辨率。波长范围受限于所选择的探测器或光栅，或二者都有。光学分辨率不仅受限于光栅，还受限于狭缝宽度和探测器的像元数和像元尺寸。还要考虑第三个因素，即光栅还会影响系统的灵敏度，这是因为不同的光栅的闪耀波长(即最高效率)位置各不相同。当对系统进行最优化配置时，最好查看一下光栅的效率曲线。下图中是海洋光学微型光纤光谱仪采用的几种典型的600线/mm光栅的效率曲线，效率最高点从紫外区到近红外区。　　⑤ 狭缝　　狭缝了也是选配微型光纤光谱仪的一个因素。微型光纤光谱仪有多种狭缝尺寸供您选择，狭缝安装在光纤接头处(见图)，并且被永久的固定在光谱仪上。有两点需要记住，狭缝越小，光学分辨率越高 狭缝越大，进入光学平台的光通量越多，即灵敏度越高。从本质上说，需要折中兼顾光谱仪的分辨率和灵敏度。　　　　⑥ 其他　　选择微型光纤光谱仪的其他选项会相对容易一些。例如可以选择升级UV4探测器后，探测器上的标准BK7窗片将会被石英窗片替代，用来增强海洋光学微型光纤光谱仪在波长340nm以下紫外区的响应能力。而其它探测器，比如薄型背照式CCD或CMOS则不需要这个选项。而为了避免二、三级衍射效应的影响，可以通过在位于狭缝与消包层模式孔之间的SMA905连接器中安装长通滤光片或在探测器的窗口处安装OFLV消除高阶衍射滤光片。　　正如上面介绍的几个因素所表明的，通过一些简单的步骤就就可以配置好满足您应用的微型光纤光谱仪。除了光谱仪，我们可能还需要考虑种类纷杂的光源和采样附件。

近年来，由于全球制造业迎来“工业4.0“时代，经济快速发展以及环境监测、医疗和生命科学、半导体等领域的现代化进程加快，用户对光谱仪的需求量增多（据报告显示，2020 - 2026年医疗行业对微型光谱仪的需求复合年增长率预计超过11%），同时对光谱仪的性能、体积等提出了更高的要求。此外，随着对工业生产环境的要求日益严苛，检测设备的准确度、适用性、智能化和集成性就显得尤为重要了。作为微型光纤光谱仪的发明者，海洋光学致力于帮助客户解决棘手的困难与挑战，投入了大量的资源用于新一代光纤光谱仪的研发。近日，海洋光学推出新一代微型光纤光谱仪Ocean ST。Ocean ST——业界超小尺寸的微型光纤光谱仪，以超紧凑的机身设计和强大的性能，为客户提供超高性价比的体验，为行业赋能。超小的体积，出色的性能Ocean ST体积仅有45cm³，是海洋光学USB系列的约1/4；重量仅有70.4g，是USB系列的约1/3；整体设计紧凑、小巧，价格便宜，但在性能上却可与市场上大尺寸、更昂贵的光谱仪相媲美，提供优质的全光谱分析数据，高速光谱采集、高信噪比以及高分辨率。此外，Ocean ST在紫外波段响应实现了重大突破。相比于海洋光学上一代超小体积的微型光谱仪，Ocean ST在紫外波段灵敏度提高了233倍，检测限更低，可以监测到更弱的紫外信号。名副其实的“掌中宝”应用灵活，便于集成Ocean ST微型光谱仪有紫外、可见光和近红外波段三个配置，并与海洋光学的光源、光纤、采样附件和OceanView软件兼容，用户可根据不同的应用和场景优化配置。可选配狭缝的设计使用户能够更加灵活地调整光学分辨率和光通量。当光信号较强，且光谱仪分辨率较为重要时，选择宽度较小的狭缝。反之，则选择更宽的狭缝。同时， Ocean ST坚固耐用的结构，超小的体积，出色的热稳定性以及较小的台间差， 使其成为一个集成开发的理想选择，可轻松集成到生产线上进行在线检测，或对成品进行质量监测。为深陷“性能”与“尺寸”两难的工业客户提供了便于操作且性价比高的理想替代方案。配备软件二次开发包每台Ocean ST微型光谱仪都配有OceanDirect，这是一个强大的跨平台软件二次开发包（SDK），具有应用程序编程接口 （API）。OceanDirect的例程库为用户提供了调整光谱仪参数和访问关键数据并进行分析的能力。用户可通过OceanDirect连接光谱仪，设置积分时间等采集参数并采集光谱；同时，将OceanDirect集成至用户自身的软件应用程序中，即可全面控制光谱仪和设备。应用范围广Ocean ST是通用型的微型光谱仪，在多种应用场景中表现出色，是以下应用的不二之选：荧光测量紫外波段的吸光度和辐照度等离子体监测近红外反射测量塑料和其他固体表面反射率DNA/RNA样品吸光度与浓度检测颜色测量Ocean ST是海洋光学研发推出的超小体积微型光谱仪，未来将会有更多海洋光学新一代光谱仪问世，敬请期待！

台湾超微光学参加了于2012年10月16-18日召开的2012北京国际光电产业博览会暨第十七届北京国际激光、光电子及光显示产品展览会（ILOPE 2012）。在此次展会上，超微光学展出了超微型光谱模组及微型光谱仪系列产品。 超微光学的系列超微型光谱模组有着微小的体积及相当低的设置成本，微型光谱仪同样具有此方面的优势，并具有宽光谱范围、高解析度及可编程微控制器，使用USB接口，无需外接电源，可同时连接多台光谱仪。

据国外媒体9日报道，它和一枚50便士的硬币一样重，小到足以放到裤子口袋中，但这种开创性新型显微镜的作用可没有大打折扣。这种装置叫Foldscope，可提供2000多倍的放大效果，有望彻底改变放大物体的方式。　　一种可能彻底改变物体放大方式的新型显微镜已在秘鲁亚马逊雨林进行测试。这张照片显示，几只蚂蚁在显微镜下保护一只水蜡虫。　　这种装置叫Foldscope，可提供2000多倍的放大效果，它和一枚50便士的硬币一样重，小到足以放到裤子口袋中，或许会彻底改变物体放大的方式。　　波梅兰茨对这种微型显微镜进行了测试。这位野外生物学家在南美洲用它拍摄到鼠尾草花的这张特写照。　　波梅兰茨对这种微型显微镜进行了测试。这位野外生物学家在南美洲用它拍摄到鼠尾草花的这张特写照。　　美国加利福尼亚州洛杉矶市野外生物学家波梅兰茨(照片显示)测试了微型显微镜Foldscope。　　照片显示，一只蜘蛛感染冬虫夏草。这种寄生真菌取代了蜘蛛体内的组织。　　在这张用手机拍摄的照片中，100美元纸币的纤维清晰可见。　　波梅兰茨将微型显微镜Foldscope连接到手机上，然后拍摄到这些不同寻常的照片。　　这张用微型显微镜Foldscope拍摄的照片展示了一株马利筋草的绚烂细节。美国野外生物学家艾伦-波梅兰茨对它进行了试验。他在秘鲁亚马逊雨林中停留一个月，用这种微型显微镜捕捉到一系列惊人照片。这位25岁科学家用它拍摄了一组照片，展示了一只被感染的蜘蛛和一片被虫瘿覆盖的叶子。其他照片还展示了一朵花瓣的细胞和一只未知螨虫的放大图像。　　美国加利福尼亚州洛杉矶市的波梅兰茨表示：“使它成为革命性工具的是它探测致病因素或研究未知物种的方式。还有一点就是它的售价不到1美元。这使它可以得到广泛使用，或许适用于数百万人，例如孩子、医护人员和野外生物学家等。有时我们在野外根本不知道我们要观察什么，直到很晚的时候才明白这一点。”　　这位科学家说：“在有些情况下，你回到实验室，想获得一些不同于野外的发现，例如收集更多信息或进行更多的观察。但微型显微镜Foldscope使你在野外就可直接研究目标，然后你可以带它们回实验室，开展更加细致的科研工作。”　　波梅兰茨将微型显微镜Foldscope连接到手机上，然后拍摄到这些不同寻常的照片。该装置的尺寸是70毫米乘20毫米，重量仅0.3盎司(约合8.5克)。相比之下，一部传统显微镜却重达512盎司(约合15公斤)。　　不到10分钟内，可将一张平面纸组装成微型显微镜Foldscope。使用者可用折纸方法将它制作而成。这种微型显微镜是加利福尼亚州斯坦福大学生物工程系普拉卡什实验室一个研究小组的智慧结晶。　　波梅兰茨说：“微型显微镜Foldscope并不能替代可提供更高分辨率、更强大的传统显微镜。但后者有很多缺点，例如很大，又昂贵，还只能在实验室内使用。微型显微镜Foldscope被设计成一种便携式工具，可随时随地使用，让你及时近距离观察微观世界。我认为它不会取代传统显微镜，却毫无疑问，它会弥补传统显微镜的不足。大多数孩子从未用过传统显微镜，所以微型显微镜Foldscope可帮助贫穷地区的学生探索微观世界和科学。”

p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/d524002c-f06f-4221-a09b-ea5520ae7810.jpg" title=" QQ截图20170531163243.png" width=" 600" height=" 424" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 424px " / /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 进入新千年，脑科学研究成为热点。工欲善其事，必先利其器。若要更好的探索人类大脑，就必须有更好的仪器与工具。目前,各国脑科学计划的一个核心方向就是打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具。 其中,如何打破尺度壁垒,整合微观神经元和神经突触活动与大脑整 体的活动和个体行为信息，是领域内亟待解决的一个关键挑战。 /p p 　　近日，自然杂志子刊 Nature Methods 发布了来自于中国在这方面的研究进展。该论文主要展示了《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的研究成果——新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜成功研制，并获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。 /p p 　　该研究成果源自于国家自然科学基金委员会计划局组织的国家重大科研仪器设备研制专项，当时共有9个项目入选。北京大学程和平院士主导的《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》就是其中之一，当时也获得了7200万元的经费支持。 /p p 　　过去三年，北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院，联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队，完成了的这一研发工作。团对成功研制新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜,并获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。研究论文2016年12月提交，2017年5月29日正式在自然杂志子刊 Nature Methods 发布。 /p p 　　根据官方提供的信息，产品相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，其横向分辨率达到 0.65μm，成像质量可达商品化大型台式双光子荧光显微镜水平，并优于美国所研发的微型化宽场显微镜。该显微镜采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术,成像帧频已达 40Hz(256*256 像 素),同时具备多区域随机扫描和每秒 1 万线的线扫描能力。 /p p 　　此外, 采用自主设计可传导 920nm 飞秒激光的光子晶体光纤,该系统首次实现了微型双光子显微镜对脑科学领域最广泛应用的指示神经元活动 的荧光探针(如 GCaMP6)的有效利用。 /p p 　　同时采用柔性光纤束进行 荧光信号的接收,解决了动物的活动和行为由于荧光传输光缆拖拽而 受到干扰的难题。未来,与光遗传学技术的结合,可望在结构与功能 成像的同时,精准地操控神经元和神经回路的活动。 /p p 　　值得一提的是，该显微镜重仅 2.2 克，可在小动物头部颅窗上,实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号 在大型动物上，还有望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。 /p p 　　之所以说这一研究成果意义重大，主要是因为它为脑科学、人工智能学科的研究提供了重要的高端仪器。具体来说，微型双光子荧光显微成像技术改变了在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式，可用于在动物觅食、哺乳、跳台、打斗、嬉戏、 睡眠等自然行为条件下,或者在学习前、学习中和学习后,长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。 /p p 　　事实上，成像技术一直是推动生命科学进步的主要动力。历史上，X射线、全息照相法、CT计算机断层成像、电子显微镜、MRI核共振成像、超高分辨率显微成像技术都推动了科学技术的进步，也都获得了Nobel奖。 /p p 　　在今天的发布会之前，该成果在 2016 年底美国神经科学年会、2017 年 5 月冷泉 港亚洲脑科学专题会议上报告后,得到包括多位诺贝尔奖获得者在内的国内外神经科学家的认可。冷泉港亚洲脑科学专题会议主席、 美国著名神经科学家加州大学洛杉矶分校的 Alcino J Silva 教授认为，“ 这款显微镜将改变我们在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式??系统神经生物学正在进入一个新的时代,即通过对细胞群体中可辨识的细胞和亚细胞结构的复杂生物学事件进行成像观测,从而更加深刻地理解进化所 造就的大脑环路实现复杂行为的核心工程学原理。” /p p 　　这项技术研发成功的同时，团队也成立了一家叫做”超维景“的公司，并获得了来自协同创新基金、西科天使的融资，公司将会在符合北大政策的前提下，由北大支持进行商业化推广。团队接下来的重心仍是技术迭代、新产品研发。 /p p br/ /p

利用光谱扫描食品、药品成分，并利用智能手机进行数据分析的微型光谱仪正在兴起，而这类小型仪器亦有希望在医疗、健康诊断领域发挥作用。目前，在国外有数种此类产品正在研发之中。 TellSpec检测巧克力 　　TellSpec，由创业者Isabel Hoffman与来自英国约克大学的数学教授Stephen Watson共同研发。TellSpec使用了拉曼光谱技术，同时包括一个云端算法与一个手机应用，手持设备大小为8.5cmx5.5cmx1.6cm，重80g。当按住机身上的按钮，TellSpec会向待测食物发出一束5mW低功率激光，并利用内置光谱仪对反射回来的激光进行测量，随后会将数据通过移动设备或电脑上传至云端，服务器利用其分析引擎获取食物中的成分，最终将结果传回设备。据称，TellSpec能在20秒内完成分析。在2013年11月，TellSpec还没有可正常工作的产品原型时，就已经成功的在美国第二大众筹平台Indiegogo上筹得19万美元，远超其10万美元的筹款目标。目前，研发团队正在致力于光谱仪的微型化及降低产品价格。 TellSpec获得的投资（注：网页空白处为youtube视频，因此国内访问时无法显示） 　　在发出本文之前，我们又查询了一下TellSpec的筹款情况，发现它已获得38.6万美元投资。 SCiO光谱仪的三代原型样机，可以发现变得越来越小 　　由Consumer Physics公司研发的SCiO光谱仪也在不久前登录美国最大众筹平台Kickstarter开始筹资。SCiO内置了光谱传感器，通过LED光源来扫描物体，促进分子振动，通过波长反射数据来进行检测。数据的反馈也非常方便，SCiO创建了一个云数据库，能够对上传数据进行比对，最终通过应用程序呈现给用户一个准确的数据。该仪器预计售价150美元(约合人民币940元)，能够扫描各种材料的分子信息，主要用于检测食物和药品的成分，让用户自行掌握食品、药品健康。如果一切顺利，它预计将在2015年正式上市销售。 SCiO检测水果样品并在安卓手机上生成检测结果 SCiO检测水果样品并在安卓手机上生成检测结果 　　在实际测试中，用SCiO尝试扫描一块奶酪，手机端应用程序检测出了奶酪包含的脂肪、碳水化合物、蛋白质和热量等物质，非常方便。但当使用SCiO扫描西红柿时，传感器并不能识别它，所以无法生成一个标准的西红柿养分信息。相对来说，扫描蛋白质是最困难的，其次是碳水化合物，脂肪则是最为简单的，但传感器目前还无法完美解决类似西红柿果肉这样的类透明材质，这是需要下一步解决的问题。 拿在手中的SCiO 　　研发人员表示，SCiO具有很大潜力，最终成品将具备识别生熟、变质的功能，通过建立强大的数据库，甚至可以识别出包含不良添加剂的牛奶(如臭名昭彰的三聚氰胺)。当然，SCiO如果要做到精准、权威，不仅仅要在传感器上下功夫，数据也不能仅仅来源于用户收集，还需要一个经过权威机构认证的资质，这是开发人员可以努力的方向。SCiO公司还计划开发软件API，让第三方人员能够添加更多数据库，帮助消费者来扫描更多产品，包括检测酒品的酒精含量、化妆品成分、奢侈品真伪等等。 　　Consumer Physics的CEO Dror Sharon认为，SCiO与TellSpec的不同之处在于：&ldquo 首先，我们有一个完整的、多学科的团队 其次，我们自己拥有传感器技术，他们只能用别人的 最后，他们使用了不同类型的光谱和交换，这会花他们很多时间来实现。&rdquo SCiO获得的筹资 　　我们也查询了一下SCiO的筹款情况，发现它在筹款还未正式开始的情况下，就已获得86.7万美元投资。 Jack Andraka的拉曼光谱仪设计方案 　　在2013年ISEF大会上，因研发早期胰腺癌纳米试纸检测法而出名的美国少年研究人员Jack Andraka也曾展示了一种用于探测爆炸物、环境污染甚至可以检测癌症的手持式拉曼光谱仪。普通的拉曼光谱仪体积庞大而且售价接近10万美元，仅高能量激光器就要花费4万美元。Andraka的设计是利用现成的激光指示器，并用iPhone的摄像头代替光谱仪上的光电探测器，达到和传统的拉曼光谱仪比较接近的结果，但只要15美元，只有手机的大小。 综合编译：魏昕

仪器信息网讯 2016年7月3-8日，被学术界誉为“催化领域奥运会”的第十六届国际催化大会(ICC 16)在北京国家会议中心举行。这是国际催化大会首次在我国举办，来自50多个国家的近3000人出席了本次会议。麦克仪器亮相ICC 16　　作为全球催化剂表征与催化剂评价仪器的知名专业供应商，美国麦克仪器公司携Particular Systems Microactivity Effi高端实验室反应器积极亮相，为全球催化领域打造了崭新的催化剂评价整体方案，深度诠释了台式反应器自动化、智能化的发展方向。　　据了解，Microactivity Effi是一款全自动的紧凑型台式反应器，可通过电脑控制进行一系列的实验，实时获取高精度、高重现性的数据结果，适用于催化剂研发与筛选阶段的各种反应。与市场中的其他微型反应器不同的是，Microactivity Effi配备了专为此系统研发的专利高精度测微伺服阀，可精确控制压力和液面并提供微量级的测试。Particular Systems Microactivity Effi亮相ICC 16　　麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司总经理许人良介绍说，使用Microactivity Effi，用户可在催化剂活性测试前进行表征以预测催化剂性质 在活性测试后再进行表征，可帮助用户确定催化剂失活的原因。整个表征-测试-表征的实验过程均可在一台设备中自动完成，Microactivity Effi可以说是全球首款全自动的催化剂评价微反装置，可实时控制反应过程。　　在积极参展之余，美国麦克仪器公司本次还倾情赞助了ICC 16晚宴，该公司英国区域经理Steve Coulson出席晚宴，并对美国麦克仪器公司的全球概况、产品架构及技术应用优势作了简短介绍。

p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/61f92578-2a77-4450-bae3-0909e6aa5712.jpg" title=" 微信图片_20170604220236_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " 程和平院士在发布会上介绍研究成果 /p p 　　历经3年多的协同奋战，北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、生物动态光学成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队，在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制专项《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的支持下，成功研制新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜，重量仅为2.2克。 /p p 　　原始论文于5月29日在线发表于《自然》杂志子刊Nature Methods(IF 25.3)，相关技术文档同步发表于Protocol Exchange(DOI: 10.1038/protex.2017.048)，并已申请多项专利。新一代微型化双光子荧光显微镜的成功研制是世界成像仪器领域的重大突破，为脑与认知科学、人工智能研究的推进提供了重要工具。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/93671403-0d47-4f16-a918-f9e51a10842b.jpg" title=" 微信图片_20170604220241_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " 新闻发布会现场 /p p 　　据介绍，该科研团队通过这一微型显微镜获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。该显微镜适于佩戴在小动物头部，可实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上，还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。 /p p 　　研究团队主要成员、北大分子医学研究所研究员陈良怡说道：“这是我们第一次观察到自由活动状态下的小鼠是‘怎么想的’。通过这套新型显微镜，可以在自由活动的哺乳动物上对其神经活动进行更精准研究。” /p p 　　美国著名神经科学家阿尔西诺· 席尔瓦教授评论称：“从任何一个标准来看，这款显微镜都代表了一项重大技术发明，必将改变我们在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式。” /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/3180638f-621d-4745-b274-e1bea7ef57a2.jpg" title=" 微信图片_20170604220248_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " 程和平、陈良怡、王爱民、张云峰、宗伟健、吴润龙、李明立等研发团队成员在发布会上与听众交流 /p p 　　作为国家重大科研仪器研制专项的一个硕果，新一代微型化双光子荧光显微成像系统的成功研制彰显了北京大学在生物医学成像领域先期布局的前瞻性，锻炼了一支以年轻PI和硕博研究生为主体、具有学科交叉背景和核心技术创新能力的“中国智造”队伍。目前，该研发团队正在领衔建设“多模态跨尺度生物医学成像”“十三五”国家重大科技基础设施，积极参与即将启动的中国脑科学计划。可以期待，微型化双光子荧光显微成像系统将为实现“分析脑、理解脑、模仿脑”的战略目标发挥不可或缺的重要作用。 /p p 　　 strong 延伸阅读 /strong /p p 　　相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，其横向分辨率达到0.65μm。新一代微型化双光子荧光显微镜的成像质量可与商品化大型台式双光子荧光显微镜相媲美，远优于目前领域内主导的、美国脑科学计划核心团队所研发的微型化宽场显微镜。采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术，成像帧频已达40Hz(256*256像素)，同时具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力。此外，采用自主设计可传导920nm飞秒激光的光子晶体光纤，该系统首次实现了微型双光子显微镜对脑科学领域最广泛应用的指示神经元活动的荧光探针(如GCaMP6)的有效利用。同时采用柔性光纤束进行荧光信号的接收，解决了动物的活动和行为由于荧光传输光缆拖拽而受到干扰的难题。未来，与光遗传学技术的结合，可望在结构与功能成像的同时，精准地操控神经元和神经回路的活动。 /p p 　　新一代微型化双光子荧光显微成像改变了在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式，可用于在动物觅食、哺乳、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下，或者在学习前、学习中和学习后，长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。 /p p 　　该成果在2016年底美国神经科学年会、2017年5月冷泉港亚洲脑科学专题会议上报告后，得到包括多位诺贝尔奖获得者在内的国内外神经科学家的高度赞誉。 /p

仪器信息网讯 2023年3月25-26日，由江苏大学食品与生物工程学院、近红外光谱技术服务平台主办，近红外光谱苏沪工作站、江苏科技大学粮食学院协办，中国仪器仪表学会近红外光谱分会提供技术支持的“第三届小微型近红外光谱仪器研发与应用交流会”在江苏省镇江市召开，吸引了160余人参会。仪器信息网作为会议支持媒体参加了本次会议。会议现场江苏大学食品与生物工程学院陈斌教授主持开幕式并介绍了大会情况，中国仪器仪表学会近红外光谱分会秘书长、教授级高工褚小立，江苏大学食品与生物工程学院党委书记万由令博士发表了致辞。中国仪器仪表学会近红外光谱分会秘书长 褚小立 教授级高工致辞中国仪器仪表学会近红外光谱分会秘书长、教授级高工褚小立在致辞中表示，微型/便携式光谱仪和工业在线分析仪是近红外光谱腾飞的两个翅膀，特别是小微型的光谱仪正在改变或即将改变人们的生产生活方式。从另一个层面而言，小微型光谱仪的用户可能不是专业的分析工作者，而是各行各业的普通工作者，基于此，小微型光谱仪有着明显的特殊性，其研制面临极强的挑战性。此外，褚小立秘书长还提到，党中央和国家相关部委都密集发布了很多利好的消息，近红外光谱技术正在迎接着千载难逢的新机遇，希望各位同仁继续努力，抓住风口，用实打实的成果迎接明年的第十届全国近红外光谱学术会议和陆婉珍院士诞辰100周年！江苏大学食品与生物工程学院党委书记 万由令 博士致辞江苏大学食品与生物工程学院党委书记万由令博士在致辞中表示，近年来，国内涌现出了许多采用各种原理研发的小微型近红外光谱仪器，在一些领域得到了广泛的应用。不过，现在我国红外光谱仪器研发方面相比很多发达国家还有一些弱项，特别是核心元器件很多还是依靠进口。希望通过这次会议，各产学研单位可以加强合作，在引进、吸收、创新等方面加速国产仪器的发展，早日拥有核心自主知识产权，让仪器仪表，特别是近红外光谱仪器在国内仪器市场占有一席之地，更好的引领我国智能制造工业的数字化转型。会徽 揭幕让需求面对面，本次会议安排了多位代表分别从仪器生产商及用户两个角度分享最新的技术、方法、标准、应用，以及当前的需求和未来的发展趋势等，旨在给近红外光谱相关从业者搭建一个自由交流的平台，创造一个面对面对话的机会，为中国近红外光谱分析技术的发展贡献每一位“近红外光谱人”的力量。山东大学 臧恒昌教授 主持会议仪器生产商发言各大企业在分享的过程中，不仅介绍了最新的产品和技术，还从多个角度对小微型近红外光谱仪器的研发思路、技术指标、数据标准化、网络化等进行了探讨，引发了大家的思考和关注。其中，上海昊量光电设备有限公司王亮经理介绍了低成本光波导型微型近红外光谱仪；奥谱天成（厦门）光电有限公司董事长刘鸿飞分享了国产中短波红外光谱仪的研制及其应用；杭州谱洋光电科技有限公司总经理石清海介绍了在线近红外水份仪应用案例；无锡迅杰光远科技有限公司技术总监兰树明分享了IAS-PAT100 在线分析仪设计与应用；滨松光子学（商贸）中国有限公司业务经理张顺斌展示了滨松近红外光谱技术与应用示例；天津九光科技发展有限责任公司总经理倪勇与大家探讨了“便携的”实验室近红外仪器的研发与应用；深圳谱研互联科技有限公司总经理沈玉杰就微型近红外光谱仪的技术指标与大家进行了讨论；北京与光科技有限公司技术经理朱志强介绍了超表面结构微型光谱仪及其应用；上海创和亿电子科技发展有限公司副总经理石超提出了便携近红外应用在线化属性的几点思考；北京北分瑞利分析仪器(集团)有限责任公司产品总监田燕龙介绍了傅立叶变换红外气体分析仪；ABB 近红外主管邹贤勇经理分享了“ABB OEM-KIT 助力开发您的FTIR 分析仪”；福斯华（北京）科贸有限公司鄂东梅经理给大家展示了FOSS 云服务数字化解决方案；蓝星智云（山东）智能科技有限公司艾宏高工分享了光谱和模型文件格式标准化。云南中烟工业有限责任公司 王家俊 教授级高工 主持会议应用方需求发言作为一类应用导向型的技术，近红外光谱的发展与用户的应用需求紧密关联。不同的应用场景对仪器有什么不同的需求？这些需求又将会衍生出哪些仪器技术的进步？7位专家从烟叶、香精香料、制药、粮食、植物提取物、火炸药、果泥加工等多个应用场景分别分享了最新应用进展，并且针对当前近红外的现状提出了切实的建议与需求。其中，云南中烟工业有限责任公司王家俊教授级高工介绍了烟叶收购质量管控中的应用；常州工学院张建平教授分享了数字化调香技术的思考与探索；中国食品药品检验院尹利辉主任讲述了近红外光谱仪器在药品CMC 中的应用进展；中国粮食科学研究院韩逸陶副研究员分享了粮食快检产品评价验证及应用；晨光生物科技集团股份有限责任公司质量主管石文杰介绍了微型光谱仪在植物提取生产过程控制中的应用；西安近代化学研究所火炸药一级计量站张皋总工介绍了科学仪器设备验证评价中心并提出了近红外技术在火炸药行业的需求；南京农业大学兰维杰副教授分享了近红外光谱技术对果泥加工品质快速评估的优缺点分析及应用展望。在此过程中，多位专家在分享的同时特别提出了目前近红外应用存在的问题，比如王家俊教授级高工提出应重视一些采样附件的光学性能，规范相关光学材料的性能指标；近红外检测分析的网络化信息处理能力有待提升；仪器操作指南需要进一步完善等。不仅如此，值得一提的是，本次会议多位专家也分享了近红外分析方法未来极具诱惑的应用前景和市场机会。其中，尹利辉主任指出，近红外是目前应用最广泛且最有前景的过程分析技术工具，近年来欧洲EMA和美国FDA都在大力推行在PAT中应用近红外技术，而且中国药典也新增了过程控制附录（含红外和近红外方法）；韩逸陶副研究员分享到，中储粮正在做粮食收储过程中的近红外方法评价，其指出，目前近红外光谱方法在全国粮食收储系统，特别是品质评价方面使用还比较少，基于近红外技术的优势，未来该方面的应用可以逐步加强。江苏大学食品与生物工程学院 陈斌 教授标准是产业发展的必由之路，为了规范傅立叶变换近红外光谱仪器的性能测定方法，确保仪器性能的可靠性，中国仪器仪表学会于2020年正式立项《傅里叶变换近红外光谱仪通用技术规范》团体标准。经过3年的筹备工作，该标准于2023年2月8日正式发布，对我国近红外光谱分析技术及其应用的可持续发展具有重要意义。本次会议中，江苏大学食品与生物工程学院陈斌教授特别介绍了《傅里叶变换近红外光谱仪器技术通则》团体标准的制定和颁布情况，并同大家一起探讨了小微型近红外光谱仪器的发展思路。陈斌教授介绍道，当前小微型近红外仪器已出现了井喷的前兆，比如，元器件日新月异的技术催助着仪器的开发；智能制造、数字化转型的刚性需求，智慧生活、智慧健康、智慧家庭新要求，国产化替代的刚性需求等，推动着市场的发展。同时，他指出未来市场拓展的几个重要方向：小型近红外仪器是目前国内错位发展的机遇；在线检测装置的开发是新的热点，可以为智能制造提供待测物质的化学组分感知；低价位的普及型仪器大有可为，或可变仪器为家电；工业在线需要应用简单、安装方便、使用可靠稳定，变仪器为传感器的理念值得探索；台间差问题需要彻底解决，智能建模值得思考等。原中国仪器仪表学会近红外光谱分会秘书长，原中国人民解放军后勤总后油料所教授级高工刘慧颖发言华东理工大学 杜一平教授 发言最后，华东理工大学杜一平教授进行了总结发言，就近红外光谱技术的多方合作，以及未来传承表达了期许。除此之外，本次会议还特别设置了讨论环节，各应用单位和仪器企业根据具体应用需求、互动对接。交流现场

经过仪器信息网网络初审以及本届中国科学仪器发展年会新品组委会初评，第十届“科学仪器优秀新产品”入围名单于2月22日经仪器信息网正式发布。滨松C12880MA指尖大微型光谱仪凭借独特的微小尺寸，以及优秀的性能特征，脱颖而出成功入围。滨松微型光谱仪C12880MA于2015年推出，其上代产品为C12666MA，曾获2015年国际光学“棱镜奖”（Prism Awards）、2015年“BCEIA 新产品”，产品一经推出便因其迷你的身姿、优秀的性能以及低成本等特点，受到了热烈关注，从探测器的部分，为便携式仪器、智能可穿戴设备等新兴应用方向开辟了空间。紧接着，滨松在C12666MA的基础上进行了进一步的提升，推出新品C12880MA。新产品拥有和上代产品一样的迷你外形，但其内部使用了新研发的高灵敏度CMOS图像传感器，灵敏度比以往产品高出两个量级，并可满足各种需在暗环境下进行光谱测量的应用需求。此外，C12880MA具有更广的光谱响应范围（340nm~850nm），使其在食物检测、水质监测等领域有了更大的应用空间。查看使用前代产品C12666MA制作的微型光谱仪DEMO演示视频：滨松微型光谱仪是滨松MOEMS技术的产物，该技术融合了滨松光电半导体开发技术和MEMS技术，将光电元器件的体积和成本都进行了大幅度的缩减。除了该类微型光谱仪以外，滨松的MEMS-FTIR（MEMS傅里叶变换红外光谱）、MEMS-FPI（MEMS布里珀罗腔型近红外光谱探测器）等微型化产品也都受到了高度的关注。其中，比C12880MA体积更小的MEMS-FPI（只有笔头大小），也入围了最新的2016年国际光学“棱镜奖”（Prism Awards）。滨松MEMS-FPI 查看DEMO演示视频点击此处，进入滨松微型化产品专题。

大概5年前，拇指大小的小型光谱仪（MS系列）上市发售并显著拓宽了光谱仪的应用。滨松公司现在已经研发了比以前更小的低成本微型光谱仪。该微型光谱仪是一个只有5克重量的超小模型。尽管性能和我们现在的小型光谱仪（MS系列）大部分相同，但是微型光谱仪更加紧凑坚固，且价位低廉。应用包括仍存在巨大的未开发市场的消费电子领域。为了更多了解微型光谱仪的研制背景、潜在应用和未来发展前景，我们采访了参与研发产品的4名成员。滨松微型光谱仪C12666MA 世界上最小的光谱仪你们是如何着手把一个指尖大小微型光谱仪的想法转化为产品的？ Shibayama:光谱仪的通常形象是安装在实验室工作台上的一个大设备，但我们坚持研发的目的在于开发一种尽可能小的高度便携可移动产品。大约10年前，我们发布了掌上电脑大小的小型光谱仪（TG系列），大概5年前，发布了拇指大小的小型光谱仪（MS系列）。然而客户仍要求我们让它们尺寸更小价位更低。因此，我们着手工作并研发这种新的微型光谱仪。 Yokino:与宽度小于75px的小型光谱仪（MS系列）相比，微型光谱仪大概2厘米宽，在体积和重量上比MS系列的小型光谱仪小和轻约50%。这种新型微型光谱仪的封装用是金属制作的，而MS系列是塑料封装。具体来说，我们换了一个高度可靠和坚固的密封封装（见注）。这让我们在保持与MS系列相同性能的同时大幅的降低了成本和尺寸。注意：密封封装是金属-金属或者玻璃-金属焊接的气密性封装，能够保护内部组件并隔绝湿度。 客户尺寸更小的需求背后有什么背景吗？ Ito:考虑到尺寸和价格，传统光谱仪主要用于测量和工业应用，不用在个人或者私人层面。然而，市场上小型光谱仪（MS系列）的出现改变了这一概念，我们随之开始研究更小更便宜的光谱仪。但在尺寸和价位方面需要更进一步，以使它们在消费电子市场得到广泛应用。 Hikita:小型光谱仪可以内置在紧凑设备中。例如，我们将看到室内与智能手机或医疗设备相连接的新应用。 Yokion:考虑到室内和室外使用，我们决定采用高坚固、可靠的金属来制造密封封装，而不使用水分可以穿过的塑料封装。 市场上有类似产品吗？ Hikta:是的，只考虑尺寸，有类似产品。然而严格来说，它们并不相同，因为我们的微型光谱仪让光线从狭缝通过，而竞争产品使用光纤传导光。 Ito:所以如果你规定相似产品为允许直接输入光的光谱仪，那么我们的产品是世界上最小的，并且具有高性能。我们的产品很可能在市场上开拓了一个全新的领域。 采用MEMS和图像传感器制造技术实现紧凑尺寸和高性能相比目前的产品，你们如何能使其尺寸更小？ Shibayama:通过重新审视光学设计和组成部分，优化MEMS技术并简化结构，我们实现目标。此微型光谱仪包括三个部分，一个光线可以进入的狭缝，一个光谱衍射光栅和一个探测光的图像传感器。我们利用MEMS技术制造这些部分，因此MEMS技术是我们可以制作更小的微型光谱仪的主要因素。更具体地说，我们利用MEMS干法刻蚀技术形成让光通过到达图像传感器的狭缝，还使用了称为纳米压印的精细成型技术形成衍射光的光栅。 Yokino:在光谱仪尺寸和性能特点间有一种权衡关系。当尺寸变得更小，分辨率和性能都下降。我们的微型光谱仪采用光在光谱仪内部反射一次后再衍射的方法，并在尺寸和性能方面都具有尽可能好的表现。 降低成本过程中你们如何解决遇到的问题？ Shibayama:小型光谱仪（MS系列）使用一个玻璃透镜作为光传输的介质。如果玻璃本身的尺寸精度可以保持，玻璃能够提供为光谱仪所要求的精度。然而，玻璃透镜的成本高，所以我们不得不放弃玻璃镜片并找到满足要求的低成本替代品。 Yokino: MS系列的小型光谱仪通过纳米压印在玻璃上形成一个光栅。然而，如果纳米压印失败，玻璃透镜将无法使用，造成的问题成本更高。所以我们重新评估将光栅作为独立单元制造来代替在玻璃透镜上形成光栅的可能性。这将减少生产光栅的玻璃，在降低成本上也是有效的。 微型光谱仪中使用了何种型号的传感器？ Yokion:微型光谱仪使用一个集成了入射狭缝的图像传感器。此类型传感器可使光谱仪减小到指尖大小。入射光经光栅衍射后，短波长光到达入射狭缝位置很近。如果狭缝和传感器是分离的，需要极高精度的定位，否则会降低光谱性能。和传感器集成的狭缝不存在此定位问题。 Shibayama:我们还给集成了入射狭缝的图像传感器增加了截止滤波片（见注）。在生产小型光谱仪（MS系列）时，我们在金属接线的玻璃接线板上安装图像传感器，并在此玻璃接线板上制造截止滤波片。但是对于微型光谱仪，我们不用玻璃而是利用中空来传导光，所以用这种方式为图像传感器制造截止滤波片是不可或缺的工序。 Ito:除了接收光的基本功能，由于具有入射狭缝和截止滤波片，图像传感器还有其他价值。我们的独特优势是同时具有图像传感器技术和MEMS技术。注：截止滤波片是能够去除多重反射光和衍射光等杂散光分量的滤波片，却不影响被测光。 为客户应用开发提供理想性能参数你们预期此微型光谱仪具有何种应用？ Ito:我们目前收到有关颜色的应用需求，比如便携式色度计和打印材料的颜色检测等。从小型光谱仪（MS系列）到微型光谱仪也增加了与定点医护工作相关的手持医疗设备的咨询。使用小型、低价、高可靠性的防潮封装证明是成功的。 Hikita:我们的立场是帮助客户开发用于消费电子产品的光谱仪应用。因此我们认为我们的主要任务是为客户提所需性能参数以使光谱仪应用成为现实。 你们可以定制生产设计来满足客户需求吗？ Ito:我们首先验证客户所需性能参数和预计数量，如果需要大量产品，我们之后会提出符合要求的设计。当收到产品需求，初始阶段我们的工程师会讨论研究。 你们可以举一个和客户讨论的具体例子吗？ Hikita:比如针对糖尿病患者的葡萄糖监测仪的讨论。如果一个产品能够利用光来诊断葡萄糖水平，这将解除患者巨大负担。为了使这种产品成为现实，我们首先验证必须的特性参数，之后做必要协调和调整。 Yokino:我们在去年九月份举办的科技展览——2013光子展览上介绍了微型光谱仪，收到了来自参观者的积极反馈。我们准备了与智能手机相连接的概念模型来验证诸如颜色分析等应用，引发在光谱分析和其他应用中使用的特定讨论。通过向客户展示模型本身并引导他们联想实际中如何应用，我们获取了重要的结果。 Ito:光子展览上有很多对微型光谱仪与智能手机相耦合感兴趣的客户。也有一些特别的咨询，比如是否能够用于调整剧场照明或者在教学中是否能够教导孩子光波长。小型尺寸引发人们思考，它是否可以用于此处呢也同样激发人们关于新应用的想象。大多数情况下，是先有一个目标应用，再生产满足此应用的产品，但是微型光谱仪却更可能是创造新应用。你可以它称为反向工作的现象。不去管它究竟能完成什么，我认为它确实拓展了未来可能性。 从今年三月份官方发布后，反响如何？ Hikita:官方发布前，去年底我们已经能够提供样品，销售了大约100个样品，其中很多被国外购买。一些客户评价，尽管外形小巧，仍然可以保证精确测量。还有其他诸如此类的积极反响。 Ito:今年9月份，我们的新13号大楼将在主要工厂投入生产。我们将在那里做产品研发并建立车载装置和移动终端大规模生产系统，比如基于MEMS技术的微型光谱仪，同时提出解决日渐增加的客户需求。（工厂现已投产） 你们从这里预测到什么样的发展趋势？ Shibayama:尽管微型光谱仪现在已经做到可以放到指尖上的尺寸，我们仍接到来自客户做到更小更薄的需求。目前反射光束一次的方法已经达到此尺寸的极限，所以为了满足更多的需求，我们不断地把新的想法融入设计来开发更小的设备。 Hikita:直到现在我们都采取只提供硬件，把电路和软件开发留给客户。但是如果我们也为客户解决这些额外的请求，我们的产品将会更易使用。我是负责模块开发领域，所以我们现在准备提供包含必要电路的软件和模块产品，而不仅仅是设备级。 滨松微型光谱仪MS系列和新型微型光谱仪C12666MA比较规格MS系列光谱响应范围340 to 780 nm640 to 1050 nm340 to 750 nm光谱分辨率(FWHM, 最大值)15 nm20 nm14 nm总像素数256 pixels256 pixels256 pixels测量条件Ta=25 ℃典型值 Ta=25 ℃ (特殊说明除外)典型值 Ta=25 ℃ (特殊说明除外)重量5g9g9g大小20.1 × 12.5 × 10.1 mm27.6 × 16.8 × 13 mm27.6 × 16.8 × 13 mm 更多滨松微型光谱仪信息，敬请点击表格按钮。

由上海舜宇恒平科学仪器有限公司承担、复旦大学参与的上海市科委2009年下达的科学仪器科技攻关项目“基于光离子化检测器的微型气相色谱仪”日前顺利通过了验收和鉴定。上海理工大学庄松林院士任专家组组长，专家组成员来自环境检测机构、高校以及仪器厂家等不同领域。 GC1100P 微型气相色谱仪 基于光离子化检测器（PID）的GC1100P气相色谱仪系统是集高效分离和高灵敏度检测为一体的现代科学仪器。PID检测器是一种具有极高灵敏度、用途广泛的气体检测器，具有精度高、响应快、可以连续测试、不需使用易燃气体本质安全等优点。GC1100P 气相色谱仪利用气相色谱分离混合物，使复杂的混合样品分离为不同保留时间的色谱峰，再利用PID检测每个色谱峰所代表的化学物质的量。仪器自动化程度高、分析速度快、体积小、重量轻、便于携带，且无需易燃易爆的氢气和助燃气体，技术先进，为实现现场快速检测打下了基础。 专家组听取项目汇报专家组观看仪器演示 GC1100P微型气相色谱仪适用于现场检测，突发事件处理、潜在的泄露事故的防范、自动监测报警及公共场所空气质量监测、危险气体、有毒有害气体检测等，可广泛适用于环境保护、石油化工、食品检验、医药卫生以及公共安全等行业，应用前景十分广泛。 关于上海舜宇恒平科学仪器有限公司上海舜宇恒平科学仪器有限公司，是上海市高新技术企业，专业致力于各类科学仪器的研发、制造和销售。公司继获得“上海市著名商标”后，又获得“上海市创新型企业”称号。公司承诺向顾客提供更合适的产品，更广阔的选择空间。现已形成色谱仪器、光谱仪器、质谱仪器、天平仪器等一百多个品种的数字化、智能化产品，建立了与顾客零距离的营销网络，客户遍及海内外。 联系方式：上海舜宇恒平科学仪器有限公司地址：上海市虹漕路456号8号楼5-6楼邮编：200233电话：021-64959872E-mail：info@hengping.comhttp://www.hengping.com

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clamp)等技术的发明和有效使用，得以使科学家在亚微米空间尺度(单个神经突触连接)，亚毫秒时间尺度(单次神经冲动电位)对神经元的功能进行研究。而最令人激动人心的是，近几年来蓬勃发展的光学显微成像技术，给实验神经科学带来了很多前所未有的思路和成果。2008年钱永健等人由于荧光蛋白(GFP，绿色荧光蛋白)的发现和使用，获得了诺贝尔化学奖，是对荧光成像技术的一次巨大肯定和推动。光学成像本身具有高分辨率、高通量(高速)、非侵入、非毒性等特点，再与荧光蛋白以及荧光染料等标记物在细胞中的定位与表达技术相结合，使得科学家可以特异性的分辨生物体乃至细胞内部不同结构与成分，并且能够在生命体和细胞仍具有活性的状态下(活体状态)对其功能进行动态观察。这就使得荧光成像技术成为了无可替代的，生物学家现今最为重要的技术手段之一。而随着近些年来各种新型的显微技术的出现，共聚焦显微镜(confocal microscopy)，相干拉曼成像(CARS)，超分辨率显微技术(super-resolution microscopy)，光片显微技术(lightsheet microscopy)等使得荧光显微镜的分辨率，速度，成像深度等进一步提高。 /p p 　　对于荧光成像技术在神经科学中应用，离不开双光子荧光显微镜(Two-photon Microscopy，简称TPM)1。目前，大多数细胞生物学，生理学研究主要还是在离体培养的细胞体系中研究。然而与细胞生物学研究有所不同的是，大脑的功能研究的整体性和原位性显得更加关键：仅研究分离的神经元无法解释神经系统的功能和规律。换句话说，必须要求神经元处在其正常生存的大脑环境中才能使其正常运转。然而，大脑是一个高度复杂的器官。即使是小鼠的大脑皮层也有将近1mm的厚度，海马，丘脑等深脑区核团更是深达3-5mm2，而且并不透明，充满了数以亿计的神经元胞体和突触，此外还有丰富的血管，粘膜(脑膜)，最外层还有厚厚的颅骨和头皮包裹。使用包括共聚焦显微镜在内的传统的荧光显微镜，由于被观测的信号会受到样本组织的散射和吸收，根本无法穿透如此深的组织进行成像。而双光子显微镜的发明，则为此类研究带来了希望。双光子显微镜特有的非线性光学特性，再加上其工作波长处在红外区域等特点，令其在生物体组织内的穿透深度大大提高3，使得双光子显微镜成为神经科学家进行活体神经成像最理想的工具。神经动作电位(action potential)本身很难被光学信号捕获，但是动作电位产生的去极化会引起神经元Ca2+浓度的变化(钙内流现象)。科学家已经开发出多种Ca离子浓度的荧光探针，进而通过这种钙离子浓度的变化引起的荧光信号的变化来反映出神经活动。于是，双光子显微镜与在体的神经元Ca离子浓度指示剂标记技术相结合，碰撞出了耀眼的火花: 使得人们可以研究处于生理状态时的动物大脑内的神经元活动4。 /p p 　　大脑的最重要功能是对生物体的行为活动进行调控，而反过来，最能反应大脑工作状态的同样是生物体的行为活动。所以说，为了了解大脑，研究者不仅要求在体状态下对神经元进行高分辨率观测，而且也希望生物体在被观测的阶段里，能够进行正常的行为活动。所以，在成像技术不断地提高分辨率和速度等性能的同时，科学家们也在积极开改进和革这些成像技术手段，使其进行成像时尽可能小的限制被观测对象的行为活动，以求得到最接近生理状态下的数据。但是这一目标始终存在诸多的技术瓶颈: 以啮齿类动物(大鼠或小鼠)神经元的双光子钙成像为例。早些年由于动物身体运动产生的晃动剧烈，而当时双光子显微镜成像速度又很低，所以科学家只能在麻醉状态下对头部固定的动物进行成像。后来随着成像速度的提高，并且对开颅手术技术的很大改进，使得科学家可以在清醒状态下对动物的神经活动进行观察(仍然需要头部固定)。近些年来，随着基因改造技术的突飞猛进，通过病毒转染和转基因技术，在神经元内源性表达“基因编码类钙指示剂(genetically encoded calcium indicator, 简称GECI)”成为神经元钙成像的大趋势4。这种由神经元自身产生钙指示剂的方法与之前的钙染料技术相比有着巨大的优势: 信噪比提升了一个数量级 对神经元特异性好，可以区分不同的神经元类型 并且可以在大脑神经元内持续表达数月(病毒转染)甚至整个生命历程(转基因动物)。于是，大概10年前开始，科学家就开始利用双光子成像结合GECI技术对神经元的活动和结构变化进行长期的观测和追踪，从而对记忆的形成，神经元病变等问题有了更深入的认识。其中，现在性能最好，使用最为广泛的GECI为绿色荧光钙调蛋白Gcamp家族4。目前已经改进到第六代，Gcamp6f，Gcamp6f已经成为神经成像里最受欢迎的指示剂之一。目前科学家最流行的对小动物行为过程中大脑活动进行成像的方法，是将虚拟现实与双光子成像相结合，在动物头部被固定的情况下，在其眼前制造影像，让动物认为自己处在”真实“的环境之中5。通过小鼠四肢在类似跑步机或者鼠标滚球上的运动来模拟其真实活动。以求达到研究神经元在动物行为中所起到的作用(如图1)。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/e167bfbc-be4e-4b26-aa38-6f15b1fdca08.jpg" title=" 1.png" width=" 600" height=" 429" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 429px " / /p p style=" text-align: center " 图1 双光子成像结合虚拟现实场景，对头部固定，身体活动的动物进行研究。图片来自 sup 5 /sup /p p 　　然而，这种虚拟现实加头部固定成像的方法，已经遭到许多科学家的质疑。人们认为，头部固定的动物在实验期间一直处在物理约束和情绪压力下，因此无法证明神经元对外界的响应在虚拟现实和自由探索下是等价的。更重要的是，许多社会行为，比如亲子护理，交配和战斗，都不能用头部固定的实验来研究。如何在动物自由活动的时候，直接对其神经元进行成像，是神经科学家还未能得到解决终极的诉求。 /p p 　　一个理想的解决方案是开发微型荧光显微镜直接固定在自由活动的动物身上，让动物“带着显微镜跑”6。这种尝试大概从20年前开始。起初，科学家只是将一根或几根光纤插到小鼠头上，用以激光导入和荧光信号采集。然而，这种方式而只是记录某个区域内信号的总和，不具有空间分辨率，算不上真正意义上的成像。在最近的十几年里，由于光学，电子，材料技术的发展，人们开始尝试研制真正意义上的微型显微镜。其中，微型单光子宽场显微镜(miniature wide-field microscope)，由于其原理与结构相对简单，是目前人们主要尝试研制的微型显微镜技术。例如由Ghosh及其同事开发的显微镜，通过将小型LED光源，微型CCD和自聚焦透镜整合到一个小于25px3的框架之中，研制出了一个重量为1.9g的微型宽场显微镜。该技术被用于研究大脑海马区place cell等与记忆和本能相关的实验当中7。然而，宽场成像方式由于不能很好的对离焦区域的背景信号进行过滤，并且对光的散射敏感，所以其无法达到细胞分辨率。更难以对更精细的诸如树突，轴突，树突棘等结构进行观察。所以一直难以达到神经科学家满意。 /p p 　　于是，从大概15年前开始，世界上一些研究和开发双光子成像技术的研究组开始尝试将双光子显微镜这种在神经成像领域已经获得广泛应用的技术进行微型。然而，目前只有为数不多的几个课题组报道了他们在微型双光子显微镜研制方面的进展: 在2001年，Denk等的工作被认为是研制微型双光子显微镜的第一步8。然而，它仍然太过“巨大”(长7.5厘米，重25克)，而且成像速度很慢(2 Hz 128x128的尺寸下速度为2 Hz， 512x512的尺寸下为0.5 Hz，如图2a)。之后，其他一些课题组相继报道了不同的微型双光子系统。 Helmchen课题组在2008年报道了他们的微型双光子系统，仅重0.9克9。它实现了512X512幅面下的8 fps的成像速度速度，并展示了利用该系统实现的大鼠在体钙成像信号。然而，从展示的效果来看，其空间分辨率极低，而且并没有实现真正的自由运动下的成像(如图2b)。Mark Schnitzler课题组在2009年也发表了他们的微型双光子系统10。他们的系统首次使用了微机电扫描镜(MEMS)来进行扫描，并将Z聚焦模块集成在了探头之中(如图2c)。但是扫描频率仍然很低(400x135约为4Hz) 空间分辨率也远远达不到要求(横向1.29 μm，轴向10.3 μm)。这些方面限制了其在神经元细胞核亚细胞水平成像中的应用。 Kerr课题组在2009年展示了它们的系统11，跟之前的微型双光子显微镜相比较，由于应用了微型透镜组构成的微型物镜(NA达到了0.9)，这套系统的空间分辨率更高。然而，这套探头的重量也随之提高(5.5g)。此外，由于其仍然使用振动光纤的方式来进行扫描，所以其成像速度仍然比较慢。(对于64x64为10.9Hz，对于理论上的512x512为1.25Hz)(如图2d)。此外，还有一个之前所有的微型双光子系统都没有解决的问题。由于微型双光子显微镜一般需要利用光纤将飞秒激光导入到探头之中，而光纤由于存在诸如色散、截至模式、导通带宽等一系列限制，所以某一款光纤一般只允许一定带宽(一般为几十纳米)和特定中心波长的光传播。那就需要在制作微型显微镜的时候，结合使用的荧光指示剂所需要的激光波长对光纤进行选择。但是，目前商业化的，可以用来进行飞秒光传输的空心光子晶体光纤(hollow-core Photonic Crystal Fiber， HC-PCF)种类非常有限。例如，全球最大的光子晶体光纤生产商NKT公司仅提供中心波长为800nm，1030nm，1300nm和1550nm的HC-PCF。所有现有的微型双光子显微成像系统都是基于这几款光纤所限定的中心波长进行开发的。但是很遗憾的是，本文上述所提到的目前最广泛使用的GcamP指示剂需要920 nm的激光进行激发。所以先前的所有微型双光子都不能对Gcamp进行有效的成像。这限制了微型双光子显微镜的发展。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/4c1d7c1d-53eb-4a41-96d0-98ecb5ebda8d.jpg" title=" 2.png" / /p p style=" text-align: center " 图2 微型双光子发展史上的几个典型工作。a、b、c、d分别选自参考文献 sup 8、9、10 /sup 和 sup 11 /sup /p p 　　之所以这些早期的微型化双光子显微镜都无法得到真正的使用和推广，其原因在于，若要制造出具有实用价值的微型双光子显微镜，比研制单光子微型显微镜复杂和困难的多得多。微型双光子显微镜需要需要解决如下几个关键技术难题： /p p 　　1 如何将飞秒激光有效的导入微型显微镜 /p p 　　2 如何在微型显微镜内进行扫描/图像重建 /p p 　　3 如何在微型显微镜中进行高质量的激光汇聚，高效激发双光子信号。 /p p 　　4 如何有效的对荧光信号进行收集 /p p 　　5 如何使整个系统在动物剧烈运动时仍保持稳定 /p p 　　6 在满足前5项条件下，重量是否足够轻，以致尽量小地对动物的活动造成影响 /p p 　　本文作者所在的课题组，是由北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队。我们在程和平院士的带领下，在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制专项《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的支持下，历经三年多的协同奋战，成功研制了新一代高速高分辨微型双光子荧光显微镜，并将其取名为FHIRM-TPM。原始论文于5月29日在线发表于自然杂志子刊Nature Methods (IF 25.3)12。在这项成果中，我们解决了上文所提及的早先微型化双光子显微镜研制中存在的问题，获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0418a0a6-f357-4e18-91b0-ef1c23d670bd.jpg" title=" 3.png" width=" 600" height=" 470" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 470px " / /p p style=" text-align: center " 图3 FIRM-TPM示意图，来自 sup 12 /sup /p p 　　新一代微型双光子荧光显微镜体积小，重仅2.2克，适于佩戴在小型动物头部，通过颅窗实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上，还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，所以成像质量远优于目前领域内主导的、美国脑科学计划核心团队所研发的微型化宽场显微镜。其横向分辨率达到0.65μm，与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美 采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术，成像帧频已达40Hz(256*256像素)，同时具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力。最为重要的是，FHIRM-TPM克服了先前限微型双光子显微镜应用的两个障碍。首先，我们定制设计的HC-PCF为 920纳米飞秒激光脉冲提供了无畸变传输，这种改进让有效的激发例如Thy1-GFP和GCaMP-6f等常用荧光指示剂成为可能。第二，由于双光子点扫描显微镜的高空间分辨率和层切能力，安装到动物头上的微型双光子显微镜非常容易受到运动伪影的影响。为了解决这个问题，我们对整个系统进行了充分的优化：(a)使用柔软的新型光纤束SFB来使得动物运动引起的扭矩和拉拽力最小化，并不降低光子收集效率 (b)采用独立的可旋转连接器来连接光学探头上的光纤和电线，以使动物在自由探索期间线的扭曲和缠绕最小化 (c)使用高速成像以减少运动引起的帧内模糊。此外，我们在实验之前预先训练动物适应安装在其头骨上的微型显微镜，并滴加1.5%低熔点琼脂糖使其充满物镜和脑组织之间，这些措施都显著降低了探头与大脑之间的相对运动，进而改善了实验短期和长期的稳定性，于是实现了在动物进行包含大量身体和头部运动的行为学试验中中进行高分辨率成像。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0d8849db-62d7-4fdd-b7e0-4e572b3a1b03.jpg" title=" 4.png" width=" 600" height=" 437" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 437px " / /p p style=" text-align: center " 图4 FIRM-TPM实物图，来自 sup 12 /sup /p p 　　树突棘活动是神经元信息处理的基本事件，利用台式双光子显微镜在头固定的动物上的研究表明单个神经细胞的不同树突棘可以被不同朝向的视觉刺激或不同强度频率的声音刺激所激活。FHIRM-TPM实现了与传统的大型的台式双光子显微镜相同的分辨率和光学层切能力。与微型宽场显微镜相比，FIRM-TPM的高空间分辨率，固有的光学切片能力和组织穿透能力以及相当的机械稳定性都是极有优势的。所以虽然通过微型宽场显微镜可以获得数百个神经元在细胞水平上的活动，但是我们的 FHIRM-TPM无疑提供了一个更加强大的工具，即在自由活动的动物中对更加基本的神经编码单位——树突棘的时空特性进行观测。它能够在对小鼠依次进行的行为学试验(例如悬尾，跳台，以及社交行为)的过程中长时间观察位大脑中的神经元胞体、树突和树突棘的活动。这些功能的展示充分证明了FHIRM-TPM具有良好的性能和稳定性。未来，与光遗传学技术的结合，可望在结构与功能成像的同时，精准地操控神经元和大脑神经回路的活动。微型双光子荧光显微镜整机性能十分稳定，可用于在动物觅食、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下，或者在学习前、学习中和学习后，长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/90a13003-d9fd-404d-8df3-64926f598012.jpg" title=" 5.png" width=" 600" height=" 283" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 283px " / /p p style=" text-align: center " 图5 三种模式在结构学成像中的成像质量对比，来自 sup 12 /sup /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/44bc19d8-0a51-4583-8784-2f9240ac1cdd.jpg" title=" 6.png" / /p p style=" text-align: center " 图6 FHIRM-TPM在三种不同的行为学范例对小鼠大脑皮层神经元活动进行成像，来自 sup 12 /sup /p p 　　从2001年Denk发表第一篇微型双光子显微镜的原型机以来，微型双光子显微镜的发展已经走过了15年的时间。15年的发展历程，微型双光子显微镜从最开始的25克笨重的身躯，只能在分离的组织中进行验证性的实验8到如今重量仅两点几克重，可以对自由活动的小鼠神经元进行树突棘级别的成像，可以说取得了一定的进步。然而，在看到这个领域取得的成就的同时，也应看到，至今为止，微型双光子显微镜还未像共聚焦显微镜或者是荧光光片显微镜一样被生物学家广泛认可和应用。而后者(光片显微镜)的发展时间更短(2008年Science的一篇文献一般被认为是现代荧光光片显微镜镜的开端13)。究其原因，除了技术本身的限制以外，整个研究领域的气氛和投入，也是重要的影响因素之一。 /p p 　　纵观这15年来微型双光子显微镜的发展道路，开疆拓土者有之 改革创新者有之 另辟蹊径者有之 浑水摸鱼、指鹿为马者亦有之。然而遗憾的是，愿意心无旁骛、全情投入者鲜有之 有意愿和能力建立为这个研究的领域建立范式者亦鲜有之。而中国，在不久前在这个领域基本上属于完全的空白。更不要说什么领先世界。 /p p 　　然而令人十分兴奋的是，中国国家基金委国家重大科研仪器设备研制专项在2014年正式将“超高时空分辨微型双光子在体显微成像系统”立项。以5年七千两百万人民币的研究经费对这一项“世界上做的还并不怎么好，中国基本没人做过”的技术进行攻关研发。这样的大力投入无疑为这一领域注入了新鲜血液和十足动力。而我也有幸在博士五年期间全程参与了这个项目的工作。从2012年来到该项目首席负责人程和平院士和陈良怡研究员的联合课题组至今，我见证了这个项目从无到有，团队从幼小稚嫩到壮大成熟的整个过程。如今，我们有了初步的成果，不仅让我们这样一支完全由中国本国科研工作者建立的团队在世界上处在了较为领先的位置，同时也把这个领域向前推动了一些，我感到无比激动和自豪。 /p p 　　该成果在2016年底美国神经科学年会、2017年5月冷泉港亚洲脑科学专题会议上报告后，得到包括多位诺贝尔奖获得者在内的国内外神经科学家的高度赞誉。冷泉港亚洲脑科学专题会议主席、美国著名神经科学家加州大学洛杉矶分校的Alcino J Silva教授在评述中写道，“从任何一个标准来看，这款显微镜都代表了一项重大技术发明，必将改变我们在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式。它所开启的大门，甚至超越了神经元和树突成像。系统神经生物学正在进入一个新的时代，即通过对细胞群体中可辨识的细胞和亚细胞结构的复杂生物学事件进行成像观测，从而更加深刻地理解进化所造就的大脑环路实现复杂行为的核心工程学原理。毫无疑问，这项非凡的发明让我们向着这一目标迈进了一步。” /p p 　　1. Denk, W., Strickler, J. & amp Webb, W.Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science248, 73-76(1990). /p p 　　2. Gewin, V. A goldenage of brain exploration. PLoS Biol3, e24 (2005). /p p 　　3. Zipfel, W.R.,Williams, R.M. & amp Webb, W.W. Nonlinear magic: multiphoton microscopy in thebiosciences.Nat Biotechnol21, 1369-1377 (2003). /p p 　　4. Chen, T.W. et al.Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity. Nature499, 295-300 (2013). /p p 　　5. Minderer, M.,Harvey, C.D., Donato, F. & amp Moser, E.I. Neuroscience: Virtual realityexplored. Nature533, 324-325 (2016). /p p 　　6. Hamel, E.J., Grewe,B.F., Parker, J.G. & amp Schnitzer, M.J. Cellular level brain imaging inbehaving mammals: an engineering approach. Neuron86, 140-159 (2015). /p p 　　7. Ghosh, K.K. et al.Miniaturized integration of a fluorescence microscope. Nat Methods8, 871-878(2011). /p p 　　8. Helmchen, F., Fee,M.S., Tank, D.W. & amp Denk, W. A Miniature Head-Mounted Two-Photon Microscope.Neuron31, 903-912 (2001). /p p 　　9. Engelbrecht, C.J.,Johnston, R.S., Seibel, E.J. & amp Helmchen, F. Ultra-compact fiber-optictwo-photon microscope for functional fluorescence imaging in vivo. Optics Express16, 5556 (2008). /p p 　　10. Piyawattanametha, W.et al. In vivo brain imaging using a portable 2.9 g two-photon microscope basedon a microelectromechanical systems scanning mirror. Optics Letters34, 2309(2009). /p p 　　11. Sawinski, J. et al.Visually evoked activity in cortical cells imaged in freely moving animals. Proceedings of the National Academy ofSciences106, 19557-19562(2009). /p p 　　12. Zong, W. et al. Fasthigh-resolution miniature two-photon microscopy for brain imaging in freelybehaving mice. Nat Methods (2017). /p p 　　13. Keller, P.J.,Schmidt, A.D., Wittbrodt, J. & amp Stelzer, E.H. Reconstruction of zebrafishearly embryonic development by scanned light sheet microscopy. Science322, 1065-1069 (2008). /p

在微型光纤光谱仪中，光子会经历一个曲折而漫长的过程，从光子的产生、传输，光电转换，模拟信号到数字信号，再到通过电脑将光谱展示出来。过程是曲折的，但结局是美好的。那么光子在微型光纤光谱仪中都发生了些什么?　　光子历程将从光的激发开始。光子可以来自于大自然中的太阳、星辰，日常生活中的光源、LED或者激光，也可以来自于荧光物质或者由拉曼散射产生。无论光子源于哪里，不同光子都能产生特定的光谱谱线，而光谱的形成伴随着光子的一生，从产生到消亡。 　　光子在到达狭缝前，会经历一个崎岖的旅程。光子在自由空间中传播时，会被传输过程中其他物质反射、透射或者吸收。不同的物质会在不同波长情况下相互作用的时候过滤、更改或者消除不同波长的光子。光纤作为最基本最简单的耦合工具，可以将光从一个单点耦合至另一器件中，并且能防止其他杂散光的进入。光子在到达狭缝前，通过光纤可以更顺利的到达光谱仪，减小损耗，降低噪音影响。　　狭缝是光子进入光谱仪狭长细小的入口，它能保证光子尽可能有效地耦合到光谱仪内部。狭缝越大，通光量越大，但是光学分辨率越差，所以狭缝在选择大小尺寸时，需要权衡通光量和光学分辨率的大小。　　光子通过狭缝进入光谱仪内部，仍在一个自由空间内传播，到达第一个元器件为准直透镜。由于准直镜可以保证所有光子都以平行路径到达下一个元器件，确保所需测量的光束不发散或者散射，所以可以使光束最大利用率的得到使用。　　准直镜将光反射至衍射光栅上，光栅将不同波长的光进行分光。分光作为一个重要的阶段，将光束分为不同波长段，使光谱仪有效地检测不同波长的光信息。　　衍射光栅发射出来的光再通过聚焦镜进行聚焦，保证每个波长的光都尽可能地投射到检测器上。一维线性排列的CCD或CMOS检测器，每个像元能够接收窄范围波长的光子。　　每个像元以量子阱的形式工作，收集特定范围的光子。当积分时间开始时，量子阱开始接收满电压电荷。当一个光子撞击量子阱时，同一时间量子阱内电荷就得到释放。积分时间越长，每个像元就会接收到更多的光子。一旦电荷释放完成，单个像元阱就会饱和，那新的光子信号就不会被采集。当光子撞击检测器的同时，即转换成了电信号，这时光子能量完成释放，光信号转换为电信号的过程也随之结束。　　之后进入到数字模拟阶段，积分时间完成时可以通过检测像元读出电荷水平值。读出的模拟信号通过AD(模拟-数字)转换器，可以将每个像元的电压值读出成特征的“counts”强度值。通过数字处理，由光子信号而来的电信号就转换成数字信号，即光子转换成数据。当光子在光谱仪中的旅程结束也就意味着另一个旅程的开始——电信号的转换，软件的输出。　　当从光谱仪读出相关光谱后，希望读出的光谱数据是非常平滑且不失真的数据，这时候就需要利用光谱处理技术对原始光谱进行平滑和过滤：电子暗噪声扣除，由“光学暗像素”获得的平均电子暗噪声，可以校准读出噪音和温度躁动偏移 非线性校准，使用出厂校准7阶函数对光谱仪进行校准，确保每个像素点的响应成线性关系 平滑度，通过设置平滑次数，可以对每个像素和与之相邻像素的测量值进行平均 平均次数，通过增加平均次数提高信噪比。　　处理后的光谱数据可通过USB从micro的转接口与电脑连接进行数据传输。在未来产品中，除了USB通讯连接，光谱仪还提供其他的通信方式，如蓝牙、太网、WiFi等。　　从光子的产生、光谱仪中的传输、到达检测器像元，数据的处理及传输，光子经历了一段崎岖的旅程。微处理器，检测器和光纤光学的不断发展，使得光谱技术不仅仅局限于实验室中，微型光纤光谱仪将把光谱技术带到人们的日常工作中，改善人们的生活方式。（来源：海洋光学）

p strong 　　1. 工业在线光谱分析技术 /strong /p p 　　目前在线光谱分析已经以惊人的速度应用于多个领域的企业生产的多个环节，并已使得过程分析仪器领域发生了深刻变革。这种变革与在线光谱分析的独特优点是分不开的，比如: /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析可以对多路多组分连续同时测量，且速度快，准确性高 /strong /span /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析仪器易损坏和消耗品少，维护量小 /strong /span /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析多采用光纤传输技术，适合环境恶劣的场合 /strong /span /p p span style=" COLOR: #548dd4" strong 　　在线光谱分析仪器结构相对简单，并适合多种样品(如液体，涂层，粉末和固体等) /strong /span /p p 　　这些优点对于企业原料和生产的中间环节进行快速质量控制、优化操作、稳定生产和节能降耗非常有价值。 /p p 　　与实验室环境不同，工业环境在要求光谱分析系统具有足够的灵敏度和探测限，同时对于性能稳定性，体积尺寸和抗干扰能力也都有严格要求。光谱仪是在线光谱分析的核心模块，它的性能好坏从根本上决定了系统性能。选择合适的光谱仪对于工业在线应用十分重要。 /p p 　　1992年美国海洋光学公司的Mike Morris博士发明了世界上第一台微型光纤光谱仪，他将光谱仪的大小缩小了几十倍，价格降低了十几倍。光纤光谱仪利用光纤把远离光谱仪器的样品光谱引到光谱仪器，以适应被测样品的复杂形状和位置。由光纤引入光信号还可使仪器内部与外界环境隔绝，可增强对恶劣环境(潮湿气候、强电场干扰、腐蚀性气体)的抵抗能力，保证了光谱仪的长期可靠运行，延长使用寿命。光纤光谱仪结构紧凑，组成包括入射狭缝、准直物镜、光栅、成像反射镜和阵列探测器，还包括数据采集系统和数据处理系统。光信号经入射狭缝投射到准直物镜上，将发散光变成准平行光反射到光栅上，色散后经成像反射镜将光谱呈在阵列接收器的接收面上，光信号被转换成电子信号后，经模拟数字转换，A/D放大后输出，最后由软件系统控制和采集信号，进而完成各种光谱信号测量分析。这些特点对于工业在线光谱应用是极其有利的。可以说，微型光谱仪是光谱测量技术从实验室走向工业应用的里程碑。 /p p 　　工业在线光谱分析系统核心为光谱仪，其配套部件一般还有采样附件，光源，控制软件和专用分析模型，它们对于系统整体性能也有重要影响。一般在线光谱分析系统构成如下图所示。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227100735.jpg" style=" HEIGHT: 294px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/37c32cc6-4188-46d5-bfe9-fef2d6bda031.jpg" width=" 300" height=" 294" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 图1 在线光谱分析系统组成 /p p 　 strong 　2. 应用案例-工业在线反射率与颜色测量 /strong /p p 　　下面以一个典型案例说明在线光谱系统设计需要考虑的因素。某特种印刷用户需要快速测量薄膜材料颜色，用于产品质量控制。用户主要需求为： /p p 　　 strong span style=" COLOR: #548dd4" 系统需满足最快180米/分钟的检测速度，且具有足够精确性。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统能够进行非接触非破坏性采样测量。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统能直接输出最终结果给上位机。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统能直接输出颜色值，并能与用户自己的上位机系统集成。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统要能反映被测样品的峰值波长、光谱等特性。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统具备自检和异常报警功能。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统要能适应工厂持续噪声，细颗粒粉尘，电磁干扰以及不稳定供电环境。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统要能7*24连续工作，且维护方便。 /span /strong /p p strong span style=" COLOR: #548dd4" 　　系统尺寸要能兼容于空间狭小的产线。 /span /strong /p p 　　这些需求涵盖了性能，尺寸和环境安全性多个方面，在工业在线光谱分析应用中具有典型性。 /p p 　　为满足检测速度要求，系统单次测量周期不得大于4毫秒。为此整个系统将采用流水线并行作业方式，确保测量速度和分辨率能够满足要求。如样品移动速度小于180米/分钟，则将得到更高的检测分辨率，即小于12毫米。所采用的工业定制型光谱仪的最小积分时间可达到1毫秒，可以充分满足速度要求。 /p p 　　为满足用户上位机数据接口要求，在线光谱分析系统应集成数据处理算法功能，且保证运算快速，结果准确。为此，在线光谱分析系统里搭载了高性能处理器，并且为了进一步提高速度，运算处理器直接与光谱仪模块集成。从而能够在CCD探测器进行下一周期积分时并行计算反射率数据。在前后两个计算周期之间，没有等待的延迟时间。在完成计算后，光谱仪将颜色数据提交给服务器，交由服务器判断是否需要触发停机信号。由于本系统的规模仅需要至多两层交换机就能连接，因此网络的延迟时间将小于1毫秒。而经过测算，进行50万次(相当于6000米长的薄膜)100个通道的组合逻辑判断在普通的计算机上每次平均耗时仅0.02毫秒，单次最大耗时为2毫秒。按此测算，完成单次测量和判断所需时间为12毫秒，即瑕疵点在经过探头3.6厘米后系统会给出报警或停机信号。瑕疵点在经过数米的减速区之后，足以被减速，并停留在质量观察板上。报警采用光谱仪与声光报警器协同工作实现。 /p p 　　对于颜色测量，必须有参考光谱和背景光谱，即对反射测量的校准操作。经常校准能有助于使计算的颜色结果更接近于实际结果，消除光源、环境以及其他因素对测量的影响。当进行校准操作时，需将已知颜色的标准板置于探头下方，与探头所呈角度与样品一致。此时打开光源，确保光源强度不会使光谱仪饱和，并保存参考光谱(即各波长上的强度)。然后关闭光源，此时光谱将反映暗噪声和环境光，将该光谱作为背景光谱也保存下来。在完成校准操作后，即可对样品进行颜色的测量和计算了。颜色实际上是样品在特定波长上的光谱强度与标准板在特定波长上的光谱强度的比值。为消除环境光和暗噪声的影响，需要背景光谱也参与计算。 /p p 　　根据上述分析结果，系统使用了对颜色测量进行特殊优化的工业定制型光谱仪。其搭载的高性能处理器和以太网接口能在测量光谱的同时直接将颜色信息提交给服务器，并由服务器根据用户预先设置的判定规则进行报警或触发停机，确保了整个系统的实时性和可靠性。 /p p 　　系统的探头支架可安装在用户指定滚轮位置的样品切线垂直方向上，并在滚轴上安装速度编码器，以获取当前检测样品的所在位置。反射式探头为Y型分岔光纤，其两头将连接到机柜内的光谱仪和光源上。在探头支架上还将安装可自动旋转的机电装置和标准板，供定期获取参考光谱。 /p p 　　系统板载处理器为定制高性能FPGA模块，实现光谱数据到LCH颜色值的计算，并将结果上传至上位机(主控机)。 /p p 　　系统的重要部件均安装在工业级机柜内，包括光谱仪、光源、供电电源、以太网交换机、系统服务器等。光纤和各种线缆则通过上进线或侧进线方式接入机柜。 /p p 　　最终的人机接口将安装在操作员使用的盘台上，该工作站主机将安装在盘台内部，并通过屏蔽双绞线与机柜内的系统服务器连接。系统服务器和操作员工作站上会分别安装系统软件的服务器端和客户端，以呈现整卷或整批薄膜产品的质量情况。 /p p 　　系统组成示意图如下所示。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227101131.jpg" style=" HEIGHT: 250px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/27ed627d-b20b-4735-b0d4-39858b1574a5.jpg" width=" 400" height=" 250" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 图2 系统组成示意图 /strong /p p 　　在软件模块上，系统提供的定制软件功能模块均运行于主控机的Windows系统上，主要功能模块如下图所示： /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227101230.jpg" style=" HEIGHT: 300px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/0754d649-1732-41c5-87ed-8a50be0c9ef5.jpg" width=" 300" height=" 300" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 图3 软件功能模块 /strong /p p 　　 strong 调度模块： /strong 为主程序核心，主要负责承担各模块之间的管理及任务调度 /p p 　　 strong 通讯模块： /strong 主要负责与工业现场总线的通讯，解析通讯命令，并通过调度模块完成相关任务，如启动测量过程，读取测量数据等 /p p 　　 strong 计算模块： /strong 计算光谱数据，得到LCH颜色值 /p p 　　 strong 底层驱动： /strong 主要控制光谱仪、光源、电子快门、传动模块等硬件设备 /p p 　　 strong 测量模块： /strong 根据测量时序、流程完成一个完整的测量流程 /p p 　　 strong 数据库： /strong 主要用于保留系统参数、测量历史数据等信息 /p p 　　 strong 用户界面 /strong ：完成用户交互功能，主要包括系统参数配置，测量数据显示，历史数据浏览，系统功能测试等。 /p p 　　在故障维修与运行维护方面，光源和光谱仪都采用模块化方式安装布置，且均对通道号进行标识，方便找到故障的光源。并且配套的通过交换机及光谱仪上的状态指示灯可了解是否存在网络线缆故障。软件也能够识别光源故障。 /p p 　　该案例充分体现了在线光谱分析与实验室应用的巨大差异。工业环境下，在线光谱分析系统必须充分考虑应用环境的特殊性，各种影响因素都必须仔细评估。除了光谱仪，测量附件的选择在相当大程度上取决于光谱仪厂家的行业应用经验和水平，这一点在专用的在线分析系统开发方面体现的更为明显。 /p p strong 　　三、更多工业在线应用案例 /strong /p p strong 　　（1）LED芯片测试机 /strong /p p 　　由于制作工艺存在尚未解决的技术困难，所以对于生产过程中同一块外延片不同位置的光电特性是有细微差别的，呈现出不均匀性。在完成电极和引脚的过程中也会存在一定的瑕疵。这些缺陷会导致在LED产品的发光强度和颜色，在生产过程中如果残次芯片继续进行加工，会导致生产过程中不必要的浪费。所以LED芯片测试机是LED生产过程中不可或缺的一个环节。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED芯片检测过程.jpg" style=" HEIGHT: 252px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/19f4c15e-6033-4f19-8821-6c1b7452a872.jpg" width=" 400" height=" 252" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED芯片检测过程 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED芯片测试结果.jpg" style=" HEIGHT: 323px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/46d98eb1-7886-4300-91fe-7c950a8fb913.jpg" width=" 400" height=" 323" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED芯片测试结果 /p p 　　微型光纤光谱仪主要将辐射光谱、发光强度、色坐标x，y和峰值波长作为测量指标。 /p p 　　一般检测设备只能对电气特性不合格进行筛选，微型光纤光谱仪被引入到LED芯片检测后，发光检测方面问题得到了很好地解决。由于微型光纤光谱仪测量每颗晶粒的时间是5-6ms，快于一般测试机探针机械移动时间，因此测量速度提到提高。由于微型光纤光谱仪体积小，因此不会占用机台的使用空间，不需要对原有机台的机械结构做出较大调整。同步触发功能保证了在检测过程中，能够保证每个晶粒在点亮后的相同时间进行测量。 /p p strong 　　（2）LED分光机 /strong /p p 　　LED制造流程是复杂、漫长的一个过程，想要生产出性能一致，功能完整的LED产品，LED分光机作为LED制造流程中靠后的工序，需要对封装后的器件根据光、色、电三方面参数进行筛选，然后才能将其包装为产品，最终流入市场。 /p p 　　LED分光机的测量指标是发射光谱、发光强度、色坐标x，y、峰值波长。 /p p 　　LED分光机工作流程一般包括：待分选的LED器件会在震动盘上排列进料，依次进入电测和光测的工位 进入电测工位后，LED会被通电进行电学指标测试 当被移动到光测工位时，LED芯片会被点亮，继而使用积分球和光谱仪测量其辐射光谱 通过计算光度学和色度学参数，并联合电学指标，一起进行数据分析 随后将数据转换为指令，传输到指令模块，将不同LED进行分选。基于微型光纤光谱仪的第一台LED分光机，可以完成分选5000颗/小时，使得LED检测从抽检进入到全检的时代。随着微型光纤光谱仪性能的提升以及与配套LED分光机兼容度提高，现在的LED分光机检测已经可以完成55000颗/小时，甚至更高。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED分光机.jpg" style=" HEIGHT: 338px WIDTH: 450px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/3a28ae58-6315-466f-86d5-06cd09c39ad7.jpg" width=" 450" height=" 338" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED分光机 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" LED器件进料.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/6b21148a-276f-4227-a12a-1b2bc65ae312.jpg" width=" 250" height=" 188" / & nbsp img title=" 排列进入检测位置.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/b89bc6db-320c-4f95-b46b-83ab7df07248.jpg" width=" 250" height=" 188" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" LED器件进料、排列进入检测位置 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 检测电学和发光特性.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/8b14cb67-e6f3-42b1-a4c2-b122c600272a.jpg" width=" 250" height=" 188" / & nbsp img title=" 进行分选归类.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 250px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/72c530e3-ff6e-46f1-9483-33f6ae9dec81.jpg" width=" 250" height=" 188" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 检测电学和发光特性、进行分选归类 /p p 　 strong 　（3）污染气体排放监测 /strong /p p 　　微型光纤光谱仪在污染气体排放监测指标是不同气体浓度，包括氮氧化物、二氧化硫、臭氧、丙酮和氨气等。不同气体所表现出的吸收光谱具有特异性，但也有一定相同性，大部分气体的吸收峰都位于紫外区域，所以采用在紫外区域的激发光或在紫外区域有响应的光谱仪对气体进行浓度的测试。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 污染气体排放.jpg" style=" HEIGHT: 261px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/6b0a2621-b070-4789-ab04-9bb0cf9afa88.jpg" width=" 400" height=" 261" / /p p 　　通常使用微型光纤光谱仪对气体进行检测，会将所有检测设备放置于一辆移动检测车中，到达目标检测位时，将设备架设在相应位置。检测设备包括摄像机、激光器触发装置、激发光、光谱仪和反射镜。检测过程是通过光源发出一束激发光，照射到马路另一边的反射镜，通过反射镜反射使光谱仪能够检测到气体光谱。当一辆汽车经过检测系统时，汽车排放的尾气会和光路进行相互的作用，尾气中的物体由于浓度的不同，光谱仪可以测量光穿过气体的强度，就可以检测出汽车排放的尾气是否超标。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 监测系统示意图1.jpg" style=" HEIGHT: 240px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/bddce1df-323a-45ad-a394-2c6bc379d0e3.jpg" width=" 400" height=" 240" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 监测系统示意图2.jpg" style=" HEIGHT: 235px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/1bac5528-d221-4646-b16d-1321a1b27542.jpg" width=" 400" height=" 235" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 监测系统示意图 /p p 　　这种尾气排放监测方法之所以能够得到广泛应用，首先得益于微型光纤光谱仪测量速度快，若被测汽车匀速通过检测系统，检测系统就能快速检测出吸收光谱，并且迅速处输入电脑进行分析和储存。微型光纤光谱仪的体积优势，使其能够与气体检测系统更好的集成到一起，方便检测车辆进行运输与架设。 /p p strong 　　（4）水果分选机 /strong /p p 　　吸收光谱在工业领域应用案例不仅仅局限于气体应用，微型光纤光谱仪也被应用于水果流通的分选环节，将水果的糖分和水分作为测量指标，结合其他物理探头对水果进行分选。相对于水果的大小，对于特殊人群，如糖尿病患者，其糖分对于消费者而言意义更为重要，使用近红外光谱仪可以对糖分和水分的含量进行判定。 /p p 　　基于微型光纤光谱仪的水果分选机一般由两部分组成，一个是发射的光源，一个是用来检测的光谱仪。一般在检测中会采用高功率的卤钨灯，提供近红外段宽光谱的能量，由于光源的高功率也就能提升了检测时穿透水果果皮的能力，在水果另一侧的光谱仪才能够获得更多更强的信号，提高信息的准确性。在水果分选过程中，水果数量巨大，微型光纤光谱仪检测的高效性正好满足了水果分选机的工作特点。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 水果分选机示意图.jpg" style=" HEIGHT: 225px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/bf2f6dfa-79a1-4ca1-9671-cdc594f97c04.jpg" width=" 400" height=" 225" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 水果分选机示意图2.jpg" style=" HEIGHT: 188px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/insimg/82a91140-60f2-402f-a77a-68eb2038a124.jpg" width=" 400" height=" 188" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 水果分选机示意图 /p p 　　 strong （5）节能玻璃镀膜工艺在线监控 /strong /p p 　　由于现在玻璃工艺技术的发展，很多高楼选择使用玻璃作为外墙的建筑材料，但与传统建筑材料相比，玻璃的隔热性能有所欠缺。如果想使室内温度维持在一个稳定值，就需要对玻璃进行处理，最常见的手段是将玻璃进行镀膜工艺，使得玻璃能够尽可能的透过可见光，而同时增强隔热性能。所以镀膜过程的质量保证，成为了玻璃隔热性能优良与否的重要因素。 /p p 　　将多个微型光纤光谱仪与玻璃生产线相集成，对镀膜的效果进行实时测量。微型光纤光谱仪所采集到测量指标，如镀膜玻璃的反射率，透过率，膜厚数据，反馈给镀膜机，使其在下一次镀膜过程中对镀膜工艺进行调整。在检测过程中，氘灯和卤钨灯混合光源照射到被测样品上，会反射一部分光，被光源同侧的光谱仪接收，而另一侧放置的光谱仪对透射光谱进行测量。所以整个检测系统能对反射光谱和透射光谱进行测量。由于检测的玻璃尺寸较大，所以为了对玻璃镀膜的均匀性进行全面的测量，探头采取平移方法扫描整块玻璃。由于微型光纤光谱仪的体积小巧，内部结构紧密，无移动部件，可以适应较高加速度和震动的环境，使得微型光纤光谱仪和探头可以进行在检测过程中进行往复运动。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 微型光纤光谱仪检测示意图.jpg" style=" HEIGHT: 303px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/db4108c9-dd18-411e-a72b-22c214e334a1.jpg" width=" 300" height=" 303" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 微型光纤光谱仪检测示意图 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" QQ截图20161227102542.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/4f9ed63a-2184-4b8c-b7a5-bf34940b80f5.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 玻璃镀膜工艺监控系统 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 微型光纤光谱仪与平移台集成.jpg" style=" HEIGHT: 301px WIDTH: 400px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/233a6763-fd1d-4dc3-91e6-23e90370af1f.jpg" width=" 400" height=" 301" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 微型光纤光谱仪与平移台集成 /p p strong 　　（6）印刷机的在线颜色监控 /strong /p p 　　颜色准确性是印刷行业重点关注的技术指标，由于不同纸张材料的吸水性差异于油墨的批次差异会导致印刷品之间存在色差，将微型光纤光谱仪与印刷实时颜色监控系统相集成就显得尤为的重要。 /p p 　　在印刷机上集成一个反射光谱的测量系统，对印刷品的校准色块进行反射测量，并通过相应算法将光谱数据换算为行业内能够接受的颜色指标。由于印刷中的纸张具有快速移动的特性，所以在运用中往往会采用积分球或环形的反射镜对光源进行匀化，从而减小检测样品在印刷过程中的振动与倾斜。光谱仪所得光谱数据反馈到印刷设备对颜色的品控进行调整。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 印刷机颜色监控示意图.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201612/noimg/bf5b28d3-6d21-4722-b1a1-17761d368c5b.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 印刷机颜色监控示意图 /p p 　　光谱仪自带可编程逻辑电路，可将复杂的逻辑关系写入微型光纤光谱仪中，可以使光谱仪直接与印刷设备油料控制器对接，产生在线的闭环系统。 /p p style=" TEXT-ALIGN: right" （内容来源：海洋光学） /p

以色列创业公司Consumer Physics最近风光无限，因为他们的产品SCiO在Kickstarter上成功众筹了276万美元，支持者达到了12,958名。从2014年年初到现在，SCiO在Kickstarter上成功众筹的项目中排名第四(按照众筹金额，前三位分别为：Pono Music、The Music、The Dash)。 SCiO在Kickstarter上成功众筹的项目中排名第四 　　SCiO的形状就像我们日常使用的U盘，它通过蓝牙4.0和与智能手机连接。使用SCiO时，只需在离物体10毫米左右的位置轻轻一扫，就能在配对的智能手机上马上看到物质组成的分析结果了。扫描后，数据会上传至云端，算法也会实时处理数据。 　　也就是说，未来你去酒吧，用SCiO扫一扫就可以知道有没有人在你的酒中下药，去水果店买水果的时候就可以知道哪只瓜更甜，你还可以在喝牛奶之前了解它所含的热量。 Consumer Physics两位联合创始人Dror Sharon(左)与Damian Goldring(右) 　　其实SCiO取得如此轰动的效果并非因为它的技术很牛，它可以扫描、分析任何物质，全都依赖产品上的微型光谱仪，这项技术已经存在了100多年了，SCiO只是让它使用起来更便利，价格更易于接受。SCiO还未完成众筹的时候，我就对它做了报道，很多粉丝问我，SCiO和传统的光谱仪相比，测试的精度会不会存在较高的误差，Consumer Physics的CEO Dror Sharon近期接受我的专访时说道，在让SCiO转变成消费级的产品的时候必须对一些东西做了权衡，但是测试所得的数据还是与传统光谱仪差不多的。 使用SCiO时，只需在离物体10毫米左右的位置轻轻一扫，就能在配对的智能手机上马上看到物质组成的分析结果了 　　Consumer Physics的团队希望SCiO让整个世界会更透明一些，为了早点达到这个目标，他们正在忙碌，将产品尽快送到Kickstarter的铁杆粉丝的手中，他们还在建立数据库，完善功能和开发包。Consumer Physics的媒介负责人Yael Hezroni告诉我：&ldquo 你知道吗，我们团队都快疯掉了，每天我们收到成千上万封邮件和各种电话，但是我们还是要尽量给到每个人非常个性化的答复&rdquo 。 　　Yael牵线，我通过邮件专访了Dror。让我感到惊讶的是Dror与联合创始人Damian Goldring早在20年前就开始酝酿如何让用户更好地了解周围的物理世界。Dror告诉我，20年前就开始考虑与Damian合开一家公司开发一款手持、可以告诉你你周围的物理世界这样的产品。在漫长的20年中，这个想法变来变去，但是核心一直不曾变过。 　　&ldquo 开始的时候，我们遇到了很多的问题和挑战：什么样的技术最能帮助我们达到目标?怎样把产品做小，价格更亲民?我们能验证这个想法的可行性吗?我们应该从何处开始做?还有很多很多问题&hellip &hellip &rdquo 　　最终，Dror制定了一个计划，来解决遇到的每个挑战。但他们专注解决两个问题： 　　要证明他们是可以制作一个个头小、低成本的光谱仪。 　　证明用了这个特别的光谱仪，他们可以创造出一些有趣、有意义的功能。 　　SCiO原型机的诞生仰仗了Consumer Physics公司的超级天才团队，他们可以同时处理很多棘手的问题-这是一个小个头、低成本的光谱仪，它的基本功能都是围绕食物展开的。这个过程包括复杂的光学和工程设计，控制部件的电路和电子设计，实时信号处理，短波设计和服务器-用户系统的建立，还有设计一些功能，比如，建立数据库、改善分析算法、生产能力、检测系统质量还有其他一大堆问题要解决。 Dror的团队已经开发了几代SCiO的原型机，目前已经开始量产 　　Dror的团队已经开发了几代SCiO的原型机，目前已经开始量产。Dror向我介绍，他们正在打响十二分精神，努力提升产量。虽然过程非常熬人，但是Dror还是觉得值得的!&ldquo 团队中的每个人都有机会与他人合作去解决极为复杂的问题，作为团队中的一员，能够不断突破创造出这样创新的产品是非常让人感到非常兴奋的事情了&rdquo ，Dror说。未来Dror期望SCiO有更多的使用场景，接下来他们会给到900个开发者机在他们的平台上开发app的机会。 　　&ldquo 但是长期，我希望SCiO的传感技术可以嵌入每一步智能手机、可穿戴设备或者其他的联网设备，我们收集的数据越多，那些不确定性就越少，我们的产品对于用户来说价值就会更大&rdquo ，Dror最后告诉我。 　　除了Dror，我还与Consumer Physics的系统和项目经理Omer Keilaf交流了很多，他和Consumer Physics的联合创始人Damian Goldring是校友，是他主动前线让我认识Yael的。从Dror的回答，我感到他并没有因为繁忙有一丝敷衍。Omer也是一个效率极高的人，他总是能够在我发出邮件后，10几分钟给到回复，还努力帮我从中协调。他与Yael都非常期待我的文章，都很想知道中国记者是怎么看他们的。 　　总之，对于我来说整个过程是让人兴奋的，也让我感到到了以色列人的高效与责任心。 　　采访Dror Sharon之后，我也陷入了思考之中，SCiO从想法到量产，这个过程的难度和遇到的挑战可想而知，为什么他们就可以同时处理那么多硬件创业过程中各种难易不等、琐碎的事情呢?为什么国内很多团队都死在过程中，不能像他们那样做成这件事呢? 　　看了联合创始人Damian Goldring的简历，我明白了一点。Damian除了是电光材料和纳米光子学的专家，拥有以色列特拉维夫大学电光材料和纳米光子学的博士学位，还在以色列空军服过役，这是很典型的以色列风格的人生轨迹，他们在军队里被训练要同时可以处理很多极为棘手的事情。

p 　　光谱仪作为重要的分析仪器，在诸多领域已取得应用。那么光谱仪技术未来的发展方向和潮流是什么?有哪些难点需要克服? /p p 　　光谱仪技术已经到了发展的关键时刻，未来光谱仪将朝着以下三个方向发展： /p p 　　第一，微型光谱仪标准化。在标准化方面，目前国家并没有针对光谱仪出台任何计量标准，在传感器标准方面也没有涉及。虽然海洋光学在这个方向做了很多工作，但是还没有上升到行业标准及国家标准。未来我们将致力于微型光谱仪市场的标准化，只有形成标准化市场之后，才会得到更多工业用户的认可，甚至走向民用市场。 /p p 　　第二，由微型光谱仪到迷你光谱仪。这涉及到光路设计、检测器筛选、生产工艺改善以及相关技术上的突破。随着光谱仪产品尺寸越来越小，检测灵敏度越来越高，对于制造工艺也提出了新要求，未来将会引入更多自动化技术，带来制造工艺的革新。 /p p 　　第三，光谱仪的功能化及系统化。现阶段光谱仪只能给出光谱数据，但对于一般使用者而言，无法把握光谱数据所传达的确切信息。因此，我们要把微型光谱仪功能化，做成子系统，能够输出客户真正关心的数据信息。 /p p style=" TEXT-ALIGN: right" 　 /p

磁性软体机器人已有多种应用，特别是在与人体密切相关的生物医学领域。如自折叠式“折纸”机器人可以在肠道中爬行、修补伤口、将吞下的物体取出来；胶囊状的机器人可以沿着胃的内表面滚动，进行活组织检查并运送药物。此外，科学家们还研制出了尺寸从几百微米到几厘米不等的更薄的线型机器人，它们有可能在大脑血管中穿行，以治疗中风或动脉瘤。磁性软体机器人的进一步小型化可能带来新的应用，如在小的血管中进行操作甚至操纵单个细胞，但制备这样的微型机器人并非易事[1]。 2019年11月，瑞士联邦理工学院的Cui Jizhai（现任职复旦大学） 、Huang Tian-Yun 及其同事在Nature发表了名为“Nanomagnetic encoding of shape-morphing micromachines”的文章[2]，该工作使用电子束光刻技术，制造出了只有几微米大小的可磁重组机器人，通过对单个区域的纳米磁体进行设计，将形状变化指令通过编程的方式输入微型机器人，对纳米磁体施加特殊的磁场序列后，实现微型机器人的形状变化，如图一所示。图一 四片式变形微机械的设计 a.磁体磁态随尺寸增大的示意图：i.超顺磁性；ii.室温下稳定的单畴；iii.多畴态。b. 部，四个面板微机械，面板I上有520 nm×60 nm（I型）纳米磁体阵列，面板II上有398 nm×80 nm（II型）纳米磁体阵列；底部，纳米磁体阵列的相应SEM图像。c. 体积相同但长宽比不同的单畴纳米磁体的磁光克尔效应磁滞回线。d.根据矫顽力的不同选择两个磁场对微机械进行编码的示意图。e. 应用控制磁场B=15 mT时的磁性结构（I型和II型纳米磁体）和微机械折叠行为示意图，光学显微镜图像显示了所制造器件的四种不同结构。从左到右，上/下折叠的面板数为4/0、3/1、2/2（折叠方向不同的对面面板）和2/2（折叠方向相同的对面面板）。 这项工作构建了一个模块化单元的集合，这些模块化单元可以编程为字母表中的字母，此外还构建了一个微型的“鸟”，能够进行复杂的行为，包括“拍打”、“悬停”、“转弯”和“侧滑”，如图二所示。这为创造未来的智能微系统建立了一条路线，这些智能微系统可以重新配置和原位重新编程，可以适应复杂的情况。图二 折纸式的微型“鸟”与多种形状变形模式 文章中，作者使用了英国Durham Magneto Optics Ltd.公司的磁光克尔效应系统-NanoMOKE3对不同型的纳米磁体进行了磁滞回线测试，同时使用该设备的电磁铁产生的磁场对纳米磁体阵列进行了编程。NanoMOKE3可以进行微区的超高灵敏度测试，在本工作中，作者通过激光聚焦在不同的纳米磁体上获得对应的磁滞回线，如图一c所示，为微型机器人的磁学编码工作提供了帮助。图三 磁光克尔效应系统-NanoMOKE3 NanoMOKE3主要技术特点：超高灵敏度~10-12emu微区磁滞回线，激光光斑~2μm超快测试速度，1秒内可获得磁滞回线克尔角检测＜0.5 mdeg纵向/横向/向克尔磁畴成像扩展无液氦低温MOKE图四 与Montana S50超精细多功能无液氦低温光学恒温器联用的低温MOKE 温度范围4.2K~350K磁场纵向＞0.4T，向＞0.3T 参考文献：[1] X H,zhao. et al. Nature 575, 58-59 (2019)[2] Cui, J. et al. Nature 575, 164–168 (2019).

国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院邵建达教授工作室和浙江大学光电学院沈伟东教授课题组联合提出一种基于全介质紧凑薄膜结构的计算微型光谱仪。相关成果以“Deep Learning-Based Miniaturized All-Dielectric Ultracompact Film Spectrometer”为题发表于中科院一区期刊ACS Photonics 。近年来，随着光谱分析的应用领域逐步扩大，对光谱仪较小物理尺寸、较低成本需求优先于高性能，光谱仪向微型化、集成化和低成本等方面高速发展。计算重构型微型光谱仪常依靠具有宽带光谱响应的阵列滤光片及探测器实现光谱编码，依靠压缩感知、深度学习等算法实现光谱重构。本研究中，阵列滤光片采用紧凑薄膜结构，通过改变单一介质膜层厚度，实现特异性高的宽带光谱响应。单点光谱重构仅需16个区块，数量在同类方案中数量最少，尺寸为毫米级的阵列滤光片（单个区块约2mm×3mm）采用电子束蒸发的方法进行制备。光谱重构网络基于深度学习，输入神经元数量对应区块数，输出神经元数量数量对应光谱通道数，含有若干隐层，各层神经元以全连接的方式连接，可实现高速、高精度（重构精度MSE论文第一作者为国科大杭高院2022级博士研究生温俊仁，通讯作者为国科大杭高院杨陈楹副研究员和浙江大学沈伟东教授，共同作者包括杭高院双聘教授邵宇川研究员，浙江大学章岳光副教授，杭高院硕士生郝凌云和高程等。目前，该团队积极探索科研成果转化，采用了微米级紫外光刻技术与纳米级薄膜沉积技术相结合的方法实现了百微米级滤光片阵列以及毫米级（约2×2mm）微型光谱传感模组。未来，该团队还将进一步研发超光谱成像模组及全光谱成像芯片，有望在于天文探测、人工智能、消费电子等诸多领域发挥重要作用。