生物共振检测

紫外共振拉曼光谱系统--UVRaman100 新一代紫外共振拉曼光谱仪中国科学院大连化学物理研究所中国科学院李灿院士及其研究小组自行研制了我国第一台紫外共振拉曼三联光谱仪，获得中国科学院发明二等奖、国家发明二等奖。并于2008年4月8日，和北京卓立汉光仪器有限公司共同组建“现代仪器联合实验室”，强强联手，迈出了研究成果向产品转化的重要一步。紫外共振拉曼系统简述共振拉曼或紫外共振光谱系统组成主要是：1、激光器部分：紫外或可见光激光器，紫外可调谐窄线宽激光器。2、光谱仪部分：三联单色仪＋高灵敏度科学级CCD。3、信号采集部分：高效率光谱采集组件。共振拉曼或紫外共振拉曼的优点是： ◆ 合适的紫外激光激发可以完全避免荧光本底的干扰。◆ 由于拉曼信号强度正比于激发激光频率的四次方，紫外激光激发拉曼信号效率更高。（同等功率266nm激光可激发出比532nm激光高16倍的拉曼信号）。◆ 共振拉曼可以提供很高的共振增强因子，（理论极限可达106倍）从而大幅度提升检测极限。◆ 可以实现选择性激发，当我们把激光器调谐到某物质激发峰上时，可以只对此特定物质实现共振增强提升几个数量级的信号强度，其他物质由于几乎没有共振增强，可以进一步提升信噪比，这一点对于催化和生物研究非常有利。◆ 由于采用的是三联单色仪滤除瑞利散射，而非陷波滤波器，设备可以测试地低到到几个波数的拉曼光谱。设备详细指标与参数1、激光器部分：◆ 325nm HeCd激光器：325nm TEM00 mode 激光功率30mW-50mW输出备选◆ 244nm倍频可调谐氩离子激光器： 244nm TEM00 mode 激光功率24mW 另有229，238，248，250，257，264nm输出谱线◆ 532nm 绿光DPSS激光器：TEM00 mode，激光功率20-100mW备选◆ 窄线宽可调谐掺钛蓝宝石激光器：可调谐范围输出平均功率单个晶体可调谐范围基频700-960nm1W100nm二倍频350-480nm90-500mW50nm三倍频233-320nm20-250mW33nm四倍频193-240nm5-100mW25nm光谱线宽0.1cm-1功率稳定度3% rms注：如须覆盖整个光谱波段需要更换晶体Tips： 共振增强并不是是在一个特定的波长上急剧开始，而是存在着一个波长范围。实际上，即使激发激光的波长处于分子电子跃迁波长之下几百个波数的时候就可以看到5到10倍的增强作用。这个“前共振”增强作用在实验上是非常有用的。我们往往可以采用相对比较便宜的激光器，比如325nm的氦铬激光器，可调谐倍频氩离子激光器虽然不是连续可调谐，也可以达到一定程度的共振增强效应。当然，为了求得最高的增强因子，我们需要一种波长连续可调谐且光谱线宽很窄的的紫外激光器，比如窄线宽可调谐掺钛蓝宝石激光器激光器。2、紫外共振拉曼光谱仪部分A.光谱仪：◆ 光谱仪焦距：500mm ；f/6.5◆ 光栅尺寸：68mm×68mm or 68mm×84mm◆ 扫描最小步长：好于0.005nm◆ 镜片反射率：紫外和可见区的镜子的反射率达到90%B.相减模式拉曼光谱采集◆ 分辨率: 4.0 cm-1 (紫外区), 3.0 cm-1 (可见区)◆ 波数范围：50-4000 cm-1 (紫外区), 25-4000 cm-1 (可见区)C.光谱探测器CCD或EMCCD光谱CCD光谱CCD光谱EMCCD像素数1024×2562048×5121600×400像素尺寸 um26×2613.5×13.516×16成像面积　mm26.6×6.727.6×6.925.6×6.4最低制冷温度 oC-100-100-100电子增益NANA1-1000应用方向：● 催化研究● 生物化学，生命科学● 材料学，高分子科学● 纳米科学● 半导体，光电材料附录：附录1.紫外拉曼与共振拉曼原理与应用简述荧光干扰问题和灵敏度较低严重阻碍了常规拉曼光谱的广泛应用。但近年来发展起来的紫外拉曼光谱技术有效地解决了上述问题。紫外拉曼光谱技术的出现和发展大大地扩展了拉曼光谱的应用范围。右图是紫外拉曼光谱避开荧光干扰的原理图。荧光往往出现在300 nm-700 nm区域，或者更长波长区域。而在紫外区的某个波长以下，荧光极少出现。 因此，对于许多在可见拉曼光谱中存在强荧光干扰的物质，例如氧化物、积碳等，通过利用紫外拉曼光谱技术就可以成功的避开荧光从而得到信噪比较高的拉曼谱图。从下图磷酸铝分子筛ALPO-5 示例可以看出，紫外共振拉曼光谱技术由于能避开荧光，可以成功用于微孔和介孔分子筛材料的表征。紫外拉曼光谱技术的另一个突出特点是，拉曼信号可以通过共振拉曼信号得到增强。共振拉曼效应可以从拉曼散射截面公式得到解释：根据Kramers-Heisenberg-Dirac 散射公式: 在公式 (1)中，ωri 是初始态i到激发态r的能量差频率，ωL是入射激光频率。当激发光源频率靠近电子吸收带时，第一项分母趋近于零，因而其散射截面异常增大, 导致某些特定的拉曼散射强度增加104~106 倍。共振拉曼光谱的谱峰强度随着激发线的不同而呈现出与普通拉曼不同的变化。将紫外共振拉曼用于表征多组份体系时，可以选择性的激发某些组分相应的信息，从而使与这些组分相关的拉曼信号大大增强，得到共振拉曼光谱这种共振增强或者共振拉曼效应是非常有用的一个技术，它不仅可以极大的降低拉曼测量的探测极限，而且还可以引入到电子选择上面。这样，如果我们使用共振拉曼技术来研究样品，不仅可以看到它的结构特征，而且还可以得到它的电子结构信息。金属卟啉，类胡萝卜素以及其他一系列生物重要分子的电子能级之间跃迁能量差都处在可见光范围之内，这使得它们成了共振拉曼光谱的理想研究材料。共振选择技术还有一个非常实际的应用。那就是二分之一载色体的光谱由于这种共振作用会得到增强，而它周围的环境则不会。对于生物染色体来说这就意味着，我们使用可见光即可特定的探测到有源吸收中心，而它们周围的蛋白质阵列则不会探测产生影响（这是因为这些蛋白质需要紫外光才能使其产生共振增强作用）。共振拉曼光谱在化学上探测金属中心合成物，富勒分子，联乙醯以及其他的稀有分子上也是一种重要的技术，因为这些材料对于可见光都有着很强的吸收。其他更多的分子吸收光谱由于处于紫外，所以需要紫外激光进行共振激发，我们就称之为紫外共振拉曼（UlraViolet Resonance Raman Spectroscopy） 紫外共振拉曼光谱技术是研究催化和复杂生物系统中分子分析的一个重要工具。大多数的生物系统都吸收紫外辐射，所以它们都能提供紫外的共振拉曼增强。这样高的共振拉曼共振选择效应使得象蛋白质和DNA等重要生物目标的拉曼光谱得到极大增强，而其他物质则不会，非常便于目标确认及分析。例如，200nm的激励光能够增强氨基化合物的振动峰；而220nm的激励光则可以增强特定的芳香族残留物的振动峰。水中的拉曼散射非常弱，这个技术使得与水有关的微弱系统的拉曼分析也变成了可能。附录2：实验举例◆ 微孔-介孔材料骨架中超低含量的孤立的过渡金属离子(例如Ti-MCM-41)能够通过紫外共振拉曼光谱可靠、准确地鉴别出来。 ◆ 利用紫外拉曼避开荧光和增加灵敏度的特点,可以对分子筛合成过程中的合成前体、中间物以及分子筛晶体的演化过程进行研究。◆ 紫外拉曼光谱可以选择性地得到在紫外区具有强吸收的物质（例如TiO2和ZrO2）的表面相信息。

核磁共振（NMR）方法可以用于分子结构解析、分子间相互作用研究、分子动力学研究、生物溶液和合成溶液等复杂混合物成分分析、固体材料结构与功能研究等领域。该方法可分析各种大小的分子，从分子量较小的有机小分子和代谢物，到中等大小的多肽、天然产物和聚合物，一直到分子量达数万Da的蛋白质。NMR方法的独特优势在于具有原子分辨率的无损定量探测，样品制备简单，可以选择性地观测不同核自旋和同位素等。一、NMR方法在化学领域的应用NMR方法所提供的有关化学物质的丰富信息使其成为极好的检测与分析工具，在不同实验室、使用不同型号的仪器，都能获得具有一致性和重复性的结果。1、化学品和石油化学产品沸石分子筛是重要的多相催化剂，广泛应用于现代化工和石油化工领域。固体NMR方法可以用于表征多相催化剂的结构信息，并提供催化反应相关的分子结构和动力学信息。而液体NMR方法则在化妆品、香水、洗涤剂、杀虫剂等低分子量化学品研究方面发挥重要作用。2、材料化学从聚合物到液晶再到建筑材料，NMR方法已经被用来研究多种材料的结构和分子动力学。NMR方法能够检测聚合物的微结构，包括聚合物立体化学、区域异构、分支和缺陷，还可以从不同时间尺度研究聚合物的链动力学。另外，液体NMR方法还可以进行高分子液晶的结构与取向性研究、高分子涂料的结构与功能研究等。而固体NMR方法则作为研究固体材料的有力工具，可以用于揭示电池材料、金属有机框架材料、半导体材料、纳米管/线等功能材料的结构与动力学特性。二、NMR方法在生物科学方面的应用布鲁克独特的技术系统和分析方法推动生命科学的快速发展与创新。1、生物大分子结构与功能研究NMR方法可以对蛋白质、核酸、以及蛋白质或核酸复合物进行结构测定与功能研究。这些研究可以揭示各种疾病或正常的生理过程。生物制药，如单克隆抗体(mAb)，可以治疗多种癌症、肿瘤和其他恶性疾病。准确描述这类蛋白质的高阶结构(HOS)是治疗的关键。布鲁克和Mestrelab联合推出的BiologicsHOS软件为生物制药研究中分析蛋白质的HOS指纹建立了一个有效的工作流程。同时，NMR方法是鉴别固有无序蛋白（IDP）的最佳方法之一，布鲁克提供的GHz级的超高场NMR谱仪可以用于IDP在生理条件下的结构、功能与动力学研究。而魔角旋转固体NMR方法无需将蛋白质结晶或溶解，即可进行原子分辨率的三维结构鉴定与动力学研究，以及蛋白质分子与其它分子间的相互作用研究。2、代谢组学代谢组学旨在对细胞、组织或有机体中的所有小分子进行全面的定性和定量分析，以研究内在和外在因素的相互作用。NMR方法能够检测、识别和测量整个代谢组学化学空间的代谢分子，通过一维质子核磁谱图(1D 1H NMR)提供独特的化学指纹，反映细胞生理状态的基本功能信息。布鲁克的AssureNMR系列软件可以准确、高效地评价复杂混合物，例如生物液体、培养基、生物制剂。靶向指纹识别可以对关键代谢物进行匹配和定量，并通过访问大型公共数据库加强对关键代谢物的鉴定。另外，布鲁克的InsightMR系列产品，可以用于监控化学和生物过程，提高对反应机制、细胞代谢物形成等过程的理解。三、用于制药行业的布鲁克NMR解决方案NMR的定量属性及谱图中包含的详细结构信息，可以用于制药行业、生物技术、仿制药和CRO。布鲁克提供的强大的NMR技术组合，可以为支持制药业的实验室增强信心，加快将产品推向市场的步伐。1、先导物的快速发现布鲁克先进的NMR方法能够从数以千计的化合物中快速鉴定合适的候选药物，以出色的命中率鉴定先导物。布鲁克基于片段的筛选工具FBS使用配体化合物库对靶点蛋白质进行考察，以确定哪种配体（若有）与此特定蛋白质具有较强的结合力，从而确定先导物。2、完整的分子结构与定量测定方法NMR方法在药物研发中可以对原材料、活性药物成分(API)、配方产品或生物样品中的新杂质、降解物和代谢物进行识别、表征和验证，从而进行化合物的结构确定、含量分析及杂质鉴定等研究。固体NMR方法还可以确定API的多晶型现象，并对其进行稳定性研究。NMR方法的定量属性，能够直接定量检测液态和固态样品，为执行质量控制、合成控制或确定合成产量等提供快速的实时量化解决方案。布鲁克的CMC系列软件可以批量采集数据，自动处理与分析NMR谱图中的海量信息，而嵌合在自动化采样IconNMR软件中的效价测定工具PotencyMR则为药物质量的测定提供理想方案。3、便捷的GxP资质认证服务NMR是一种全世界所有制药公司都采用的成熟的分析方法。随着市场的要求和监管力度的提高，越来越多的NMR仪器需要在GLP和GMP环境中工作。布鲁克提供的“GxP readiness kit”服务，由合格的工程师帮助用户创建和安装资质验证协议，证明设备和系统在合格范围内，用户按照特定流程生产的产品符合其预定的规格和高安全性的质量特征，能够满足生产的有效性和可重复性。四、NMR方法在环境科学方面的应用NMR方法是研究复杂系统的灵活工具，可以用于探索各种环境问题，有助于观察污染的影响和补救方法的有效性。如通过检测生活在污染环境下的生物体的代谢物，从而说明环境污染对生物体的影响；评估采用铁氧化剂处理土壤和地下水中的四氯乙烯和三氯乙烯的可行性；检测未经处理的原位试样，确定天然丰度条件下海洋、湖泊和河流的物质，提供有关环境真实状态的缩影；跟踪13C标记的种子萌发后，识别出生长过程中的一系列结构和代谢变化等等。NMR方法可以追踪各种污染物经历一系列不同环境（空气、水、土壤）和相态（液态、凝胶、固态）的过程，这种综合的多相NMR方法甚至可以凭借追踪生物代谢的能力，更深入地了解诸如气候变化等更微妙的应激源所带来的影响。NMR方法在生物体内和原位研究方面的能力使其成为环境科学家不可或缺的工具。更加环保的ASCEND 磁体 Ascend磁体采用先进的超导技术，支持设计得更小的磁体线圈，从而显著减小物理尺寸和杂散磁场。因此，Ascend磁体更易于选址安放、运行更安全、运行成本更低。凭借尖端超导线材技术和磁体设计，可实现强大、稳定并且非常紧凑的Ascend 磁体从400 MHz 到1.2GHz的覆盖。布鲁克对电磁干扰抑制（EDS）技术进行了改进，使Ascend磁体成为颇具挑战性的城市环境和空间受限的实验室的理想选择。AVANCE NEO机柜AVANCE NEO 是一款真正一体化的 NMR 平台，可以满足从高分辨到固体波谱和微成像的所有应用，绝大多数附加功能都可以轻松添加到 AVANCE NEO 配置中，从而为未来发展提供最佳的灵活性和可能性。您的 AVANCE NEO NMR 波谱仪可用于任何常规或高端 NMR 实验。它完善的性能和能力为未来 NMR 发展提供了很大空间。此外，AVANCE NEO 是一种嵌入式采集服务器和相关客户端服务器软件体系结构（TopSpin 4 和更高版本）的新概念。这使波谱仪独立于客户端计算机，从而让用户可以选择不同操作系统和不同位置来控制系统（例如人们可以通过云来控制系统）。探头布鲁克能够对几乎所有应用提供最高性能的室温探头。如您有特殊的实验需求，布鲁克乐意与您保持沟通，并提供订制探头服务。自动进样器可与大多数 Bruker NMR 磁体配合使用的便捷自动化系统核磁自动化配件已被客户广泛接受，目前已有超过1000台布鲁克核磁谱仪以几种自动模式中的一种来运行。根据实验室需要或目标，自动化可以涉及高通量筛选、过夜自动化或多用户操作等。样品在线监测附件InsightMR是专为通过NMR分析化学过程而设计的，是研究或优化反应的工业和学术科学家的理想解决方案。 InsightMR的两个组件，流量管和专用软件，可在实际过程条件下实时在线监测化学反应。软件随着核磁共振系统性能的不断提升，获取大量且复杂的核磁数据的速度也变得越来越快。为了优化科研成果，准确而有效地获取并分析所有的数据是非常重要的。因此，复杂的核磁共振分析技术必须有足够强大的软件作为支撑。布鲁克致力于为用户提供最具创新性的核磁共振技术，其中就包括用于采集和分析核磁共振数据的最全面的软件解决方案组合。布鲁克所有的软件设计都是为了完善布鲁克提供的全系列核磁共振技术，从而产出精准、全面并可以解析的结果。

MI-S200E应用表面等离子共振检测技术（Surface Plasmon Resonance ，SPR）是一种基于SPR原理的生物传感分析技术。MI-S200E能够在各种条件下通过实时监控分子之间相互作用的全过程，从而获取结合解离动力学的过程和相关的结合解离常数等重要数据，帮助科学家们更深刻地理解生命科学等领域中分子之间的相互作用过程和这些作用所承载的生物学功能。MI-S200E同时也适用于多个领域的研究，包括蛋白结构-功能分析、药物靶标发现、修饰和验证以及在食品安全和体外诊断领域中的快速筛查及定量分析等；且整个分析过程直观、快速数据可靠；为科学分析人员突破各自领域的局限，解决所面对的复杂分析的挑战，为实验提供是有效的保证。MI-S200系列荣获2019年度中国分析测试协会科学技术奖BCEIA金奖。