二级管阵列检测

二极管阵列检测器——从现象到本质看木犀草素沈国滨 施磊 金燕 01紫外检测器的进阶版本——二极管阵列检测器(Diode Array Detector, DAD)紫外检测器(Ultraviolet Detector, UV)是目前HPLC应用最广泛的检测器，其工作原理是朗伯-比尔定律。紫外检测要求被检测样品组分具有紫外吸收，通常选择在被分析物有最大吸收的波长处进行检测，以获得最大灵敏度和抗干扰能力。可惜这会导致其它组分在该通道下的吸收变弱甚至无紫外吸收。因此，单通道紫外检测器在对目标化合物，特别是未知化合物进行纯度及定量分析时，结果可能会产生严重的偏差。图1 朗伯-比尔定律（A=lg(1/T)=Klc） 二极管阵列检测器(Diode Array Detector, DAD)是一种新型的光吸收检测器，它采用光电二极管阵列作为检测元件，形成多通道并行工作，可对光栅分离的所有波长的光信号进行检测，从而迅速决定具有最佳选择性和灵敏度的波长。可得任意波长的色谱图及任意时间的光谱图，具有色谱峰纯度鉴定、光谱图检索等功能，为定性、定量分析提供更丰富的信息。图2 二极管阵列检测器 02 DAD在天然产物构型变化监测时的妙用独一味（学名：Lamiophlomis rotata）是唇形科独一味属植物，有活血祛瘀，消肿止痛的功效，是青藏高原特有的一种重要药用植物。木犀草素是独一味叶中的主要成分 (Luteolin, CAS No. 491-70-3 )，是一种天然弱酸性的黄酮类化合物。木犀草素具有抗炎、抗过敏等作用，可用于治疗COPD、支气管哮喘以及慢性咽炎、变应性鼻炎等引起的慢性咳嗽。图3 木犀草素结构式本文基于赛默飞液相色谱系统和二极管阵列检测器，开发了一种可用于检测中药独一味胶囊提取液中木犀草素含量的方法。通过DAD检测器不仅可以实现定量分析，也可以用于色谱峰的定性分析。同时利用DAD全波长扫描的结果以证实木犀草素在流动相pH变化时会发生最大吸收波长红移，从而影响其在C18色谱中的保留等现象进行解释。 03 实验部分色谱条件流动相pH值对色谱行为的影响图4 流动相不同pH对于保留时间和吸收波长的影响 实验结合文献表明木犀草素对于流动相的pH敏感，依据计算模拟表明木犀草素的pKa 为 6.5±0.4。即在中性时，部分木犀草素可能以极性较强的离子形式存在，保留较弱；当调节pH为酸性时，抑制了电离，使得该分子以分子形式存在。借助二极管阵列检测器（DAD），可以实现全波长扫描，可以获得更全面的紫外光谱信息。木犀草素的紫外吸收波谱也对流动相的pH敏感，不仅保留时间产生了较大的差异，且随着碱性增强，最大吸收波长产生红移。表明该物质会在不同pH条件下产生不同的构象，且构象的变化会引起共轭结构的变化。 样品分析结果图5 标准品与样品对照色谱图（蓝色：标准品，黑色：样品） 图6 样品DAD三维色谱图（插图：8.640分钟的紫外吸收光谱图） 木犀草素保留良好，色谱峰形对称，无杂质干扰，可用于定性和定量分析。在0.3~100 μM 的范围内线性良好，相关系数R2达0.9999。进样精密度良好，标准品和样品的保留时间RSD均小于为0.2 %，峰面积RSD均小于为0.9 %。根据分析标准品保留时间的紫外吸收光谱，可见样品中对应色谱峰的最大吸收波长与木犀草素一致，推断该物质为木犀草素。根据校正曲线计算可得独一味胶囊提取液中木犀草素的摩尔浓度为27.4 μM。通过在样品中加入已知浓度的标准品来判断方法的准确性，该方法的回收率在95.9~103.0%之间。 04 结论本文基于赛默飞液相系统和二极管阵列检测器，开发了一种可用于检测中药独一味胶囊提取液中木犀草素含量的方法。通过DAD检测器不仅可以实现定量分析，也可以用于色谱峰的定性分析。利用DAD全波长扫描结合其它有关计算，验证了木犀草素在不同pH条件下最大吸收波长产生了红移，从而影响其在C18色谱中的保留。本文报道的方法能为极性小分子检测方法的开发提供定性和定量分析实验基础，为阐明色谱柱中的保留机理提供了理论依据，凸出了全波长扫描DAD检测器在分析物质变化过程和监测反应过程时的优势。

随着人们用药安全意识的提高，国家食品药品监督管理机构越来越重视药品质量的监管，2015版《中国药典》的发布更是对检测技术和检测设备提出了前所未有的高要求。为适应新形势的发展需要，帮助中药生产、经营企业更好的应对监管需求，2015年11月20日，北京普源精仪科技有限责任公司在河北省安国市举办专场DAD检测技术交流会。 河北省安国市DAD技术交流会现场 在交流会上，RIGOL资深工程师穆博士为参会观众分享了二极管阵列检测器的原理和应用知识，并且详细介绍了RIGOL L-3000超快速液相色谱系统（HPLC）配备DAD检测器在中药检测中的应用，尤其是应对中药染色问题的解决方案，获得了参会观众的喜爱。RIGOL资深工程师正在分享中药检测应用方案 通过在会议现场的真机体验和技术咨询，参会观众对RIGOL的新产品L-3000超快速液相色谱系统（HPLC）和L-3520二极管阵列检测器（DAD）表现出浓厚的兴趣，其优异的性能和易用的设计更是受到了安国当地客户的一致赞誉。在河北省安国市举办的这场二极管阵列检测器(DAD)技术交流会是RIGOL新系列交流会的第一站，我们期待未来与更多的朋友进行这样的技术交流。 我们致力于做一个分享干货的色谱知识平台 RIGOL分析仪器官方微信

近日，日本岛津制作所推出了高灵敏度选配检测池，进一步提高了UHPLC（超快速液相色谱仪）系列Nexera X2的灵敏度。 Nexera X2光电二极管阵列检测器 SPD-M30A的流动池「SR-Cell」增添了长光程（85mm）的高灵敏度检测池，可以构筑灵敏度高于标配检测池（光程10mm）5倍の分析系统，在医药品中微量杂质检测・ 定量等需进行高灵敏度检测的领域发挥威力。 另外，Nexera X2还追加了新的数据处理功能&mdash 动态量程扩展功能i-DReC，即使在高浓度区域饱和的色谱图，通过线性自动校正，也可以在以往10倍的高浓度区域内获得良好的线性。 　 追加高灵敏度检测池与i-DReC功能后，Nexera X2可测定的浓度范围最大扩展到50倍，应用领域大幅扩大，可以赢得遗传毒性试验中的痕量杂质分析、合成化合物的纯度确认・ 稳定性试验等广泛用途。 烷基酮分析时标准检测池与高灵敏度检测池的S/N比较 ● 医药品杂质分析例 高灵敏度检测池可以充分应对医药品中以标准检测池难以检测的杂质。使用Nexera SR系统，分别以标准检测池与高灵敏度检测池（选配）分析了缬沙坦和其分解生成物。使用高灵敏度检测池可以检测痕量杂质。Nexera SR系统与高灵敏度检测池组合成为痕量成分分析的利器。 缬沙坦杂质分析中高灵敏度检测池的灵敏度 关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所为扩大中国事业的规模，于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司。 目前，岛津企业管理（中国）有限公司在中国全境拥有13个分公司，事业规模正在不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心；覆盖全国30个省的销售代理商网络；60多个技术服务站，构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。 岛津作为全球化的生产基地，已构筑起了不仅面向中国客户，同时也面向全世界的产品生产、供应体系，并力图构建起一个符合中国市场要求的产品生产体制。 以&ldquo 为了人类和地球的健康&rdquo 为目标，岛津人将始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务。 更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/ 。

胭脂虫红色素是以醌类色素胭脂红酸为主要成分的红色染料，从胭脂虫（原产于中南美洲的昆虫）中提炼而得，目前广泛应用于食品、药品、化妆品等众多领域。 我国国家标准《GB2760－2007食品添加剂使用卫生标准》中规定了食品中胭脂虫红的限量值，其中：果冻中胭脂虫红（以胭脂红酸计）的最大添加量为0.05g/kg，饮料中最大添加量为0.6g/kg。 目前对食品中胭脂虫红酸的检测方法主要有：高效液相色谱法（HPLC）、分光光度法、毛细管电泳法和薄层色谱法（TLC）。日本卫生试验法中规定胭脂虫红色素的试验方法为TLC法，但是作为参考方法，也介绍了使用HPLC的测定例。 本文使用日立HPLC-二极管阵列检测器（DAD）对食品中的胭脂红酸进行了测定，除了峰的保留时间外，还根据紫外吸收光谱对胭脂红酸的定性进行了确认。图为.胭脂红酸标准样品的测定图为.果冻中胭脂红酸的测定图为.清凉饮料中胭脂红酸的测定 通过使用DAD检测器可以对标准样品和食品样品中检出的峰进行紫外吸收光谱的比较，结果发现果冻中两者的光谱一致，而清凉饮料中光谱形状则不同。由此可以认为，在清凉饮料中检出的峰除胭脂红酸外，还混合了其他成分。进一步使用DAD检测器的纯度检测功能检测这个峰的纯度，结果发现其纯度很低，认定是假阳性峰。综上认为，通过使用DAD检测器可以增强定性能力，排除假阳性峰。关于该应用的详细信息，请参考：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/down_250484.htm关于日立高效液相色谱仪Chromaster，请参考：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C137940.htm关于日立高新技术公司：日立高新技术公司，于2013年1月，融合了X射线和热分析等核心技术，成立了日立高新技术科学。以“光”“电子线”“X射线”“热”分析为核心技术，精工电子将本公司的全部股份转让给了株式会社日立高新，因此公司变为日立高新的子公司，同时公司名称变更为株式会社日立高新技术科学，扩大了科学计测仪器领域的解决方案。日立高新技术集团产品涵盖半导体制造、生命科学、电子零配件、液晶制造及工业电子材料，产品线更丰富的日立高新技术集团，将继续引领科学领域的核心技术。更多信息敬请关注：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/

光电二极管阵列(PDA)紫外可见分光光度计可以替代常规的扫描型紫外可见分光光度计，为某些特定用户带来潜在的、巨大的益处。尽管它不是一个高速增长的市场，但是未来几年内它仍将是一个相当大的市场。 　　使用PDA探测器的紫外可见分光光度计能够同时进行190-1100nm范围内的全谱分析。而常规扫描紫外可见分光光度计扫描一个特定样品的整个光谱或感兴趣的光谱时，分析的是单个波长。PDA紫外可见分光光度计的这个特性使得其分析速度远远快于扫描仪器，同时PDA紫外可见分光光度计的机械机构简单，因而更可靠。探测器的二极管个数限制了PDA紫外可见分光光度计的性能，PDA探测器通常由1024个二极管组成。 2012年PDA紫外可见分光光度计市场份额 　　目前，安捷伦占有PDA紫外可见分光光度计市场的最大份额。与其他主要紫外可见分光光度计供应商相比，安捷伦最大的关注点在PDA紫外可见分光光度计。赛默飞是未来最大的竞争对手，并且它的Evolution系列是市场的最新的型号。尽管需求没有像预计的那样快速增长，但是PDA紫外可见分光光度计的全球市场超过5000万美元，由于能够满足特定终端用户的需求，PDA紫外可见分光光度计的市场将保持稳固增长。 编译：刘丰秋

DA 7250提高了实验室和加工现场的分析准确度和效率。 DA 7250的仪器可以更加准确地分析更多类型的产品，更多的参数以及在几乎所有的环境下都可以使用，它将无任何移动配件、内置温度校准的光学系统和稳定的固态硬盘集成到一个满足IP65（防尘/防水）安全级别的密闭室里，可以保证在任何需要的地方都能最大化地实现它的价值。 DA 7250避免了很多其它近红外仪器可能发生的常见故障。采用大面积扫描，最大化地平均样品的检测，同时采用高能输出的二极管阵列技术，确保不均匀样品的准确分析。仪器可以自动校准波长和吸光度。采用非接触分析，很多类型的样品都可以得到准确的分析-基本不需要样品的制备或清理-排除掉交叉污染样品池的误差。仪器操作流程简单，确保操作者可以正确反复的操作，监控加工生产过程。 仪器自带大量可转移的覆盖许多产品和参数的曲线和数据库，方便快速的分析。现有的应用包括：谷物、饲料、面粉、油脂、乳品、肉类、零食、宠物食品、淀粉和乙醇等加工领域。更多丰富的产品类型-整粒谷物、粉状样品、膏状样品、浆状样品、液体样品-还有样品量的多少-从几克到350克都可以检测。 DA 7250结合最新更新的软件的特点和功能可以实现联网工作或远程监控，与第三方LIMS系统或加工过程软件衔接容易。通过WEB报告功能，分析结果可以随时在屏幕或者任何与网络连接的设备上啥看。 DA 7250可以准确地满足提高质量和过程控制的需求，几乎可以分析任何产品，可以放置在任何地方，随时可以分析，在保证了简单的常规分析要求的同时也可以满足高级分析的需求。

圣荷赛，加州(2009年7月24日)- 全球科学服务领域的领导者赛默飞世尔科技今天发布了一篇新应用文献，证实了配备二极管阵列检测器(PDA)的超高速液相色谱仪(UHPLC)精确测量防晒乳液中UV吸收化合物的卓越能力。新的应用文献证实，配备PDA检测器的Thermo Scientific Accela超高速液相色谱仪的快速HPLC分离能力，仅7分钟内可分辨防晒品中的6个UV吸收成分。该应用文献标题为“利用配备二极管阵列检测器的UHPLC确定防晒品中的UV吸收剂”(Determination of UV Absorbers from Sunscreens by UHPLC with Photodiode Array Detection)，可通过http://www.thermo.com/accela进行下载。 　　在美国，几乎半数的癌症为皮肤癌，每年新确诊人数超过了一百万。大部分病例都与暴露在有害的UVB和UVA太阳辐射下有关。防晒乳液将UV吸收化合物分散在油状基质中，基质中可能包括润肤剂、皮肤保湿剂和反光颗粒氧化锌。有一些UV吸收剂，比如4-甲基苯亚甲基樟脑(4-MBC)和奥克立林，可能会成为内分泌干扰物，引起水生生物的发育异常。其他吸收剂，比如对甲氧基肉桂酸异辛酯(OMC)和原膜散酯(HMS)，人们已经发现它们会引起明显的雌激素活性，从而增加体外人类乳腺癌细胞的生长率。 　　防晒乳液的油状基质，结合待测物的强UV吸收，因此选择HPLC作为防晒品的分析方法。当HPLC与PDA结合使用，可以得到洗脱的每个化合物的完整吸收光谱。HPLC/PDA的灵敏度也足够测量水样中的这些化合物，有利于研究供水中的潜在风险。新的应用文献描述了一种用于确定防晒乳液和游泳池水中UV吸收剂的UHPLC方法。文献中还记录了色谱方法性能，包括峰分辨率、线性校正范围、动态范围、检测限和保留时间与峰面积的精度。 　　应用文献中所述的防晒试剂的UHPLC分离在样品通量上提高了6倍，运行时间从45分钟降低到7分钟，与传统分析方法相比，还提供了更好的分辨率和峰形状。保留时间和峰面积精度高于1%RSD，同时以1μL部分环进样获得的最低检测限为0.1–0.8 mg/L,远高于商业防晒产品的分析要求。PDA检测器所采集的UV吸收光谱具有三个重要的优点，第一，每个化合物的光谱都存储在谱库中，通过与未知样品的光谱进行匹配，识别并确认样品中出现的待测物 第二，峰纯度指数自动检测分辨率差的峰，比如降解产物的峰 最后，每个试剂的光谱都可清楚识别为UVB、UVA或广谱吸收剂。 　　欲了解更多Thermo Scientific Accela HPLC系统信息，请登录：www.thermo.com/accela 　　Thermo Scientific是服务科学、世界领先的赛默飞世尔科技的首要品牌。 　　关于赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific) 　　Thermo Fisher Scientific(赛默飞世尔科技)(纽约证交所代码：TMO)是全球科学服务领域的领导者，致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。公司年销售额超过100亿美元，拥有员工约33,000人，在全球范围内服务超过350,000家客户。主要客户类型包括：医药和生物公司，医院和临床诊断实验室，大学、科研院所和政府机构，以及环境与工业过程控制装备制造商等。公司借助于Thermo Scientific和Fisher Scientific这两个主要的品牌，帮助客户解决在分析化学领域从常规的测试到复杂的研发项目中所遇到的各种挑战。Thermo Scientific能够为客户提供一整套包括高端分析仪器、实验室装备、软件、服务、耗材和试剂在内的实验室综合解决方案。Fisher Scientific为卫生保健，科学研究，以及安全和教育领域的客户提供一系列的实验室装备、化学药品以及其他用品和服务。赛默飞世尔科技将努力为客户提供最为便捷的采购方案，为科研的飞速发展不断地改进工艺技术，提升客户价值，帮助股东提高收益，为员工创造良好的发展空间。欲了解更多信息，请登陆：www.thermofisher.com

安捷伦科技公司隆重推出新一代二极管阵列紫外-可见分光光度计Cary 8454 紫外可见分光光度计和优化的软件成为制药和受严格监管的行业的理想选择 2014 年 4 月 1 日，北京 — 安捷伦科技公司（纽约证交所：A）今日宣布推出新一代紫外-可见 (UV-Vis) 分光光度计 — Cary 8454 紫外-可见分光光度计。 以安捷伦行业领先的光电二极管阵列 (PDA) 检测器技术为基础，Cary 8454 紫外-可见分光光度计附带最新版的紫外-可见 ChemStation 软件，可整合 OpenLAB 企业内容管理系统 (ECM)。整合后能为制药和受严格监管的行业提供安全的数据管理。该系统紧凑、易于维护，可在一秒之内采集完整的光谱。 Agilent 8453 紫外-可见分光光度计一直是实验室进行制药质量保证和质量控制，以及科研和化学实验室进行基于时间的动力学分析的理想选择，而 Cary 8454 紫外-可见分光光度计则在其基础上进行改进和升级。 “过去的三十多年来，许多实验室一直依赖着安捷伦高品质且可靠易用的 PDA 技术，”安捷伦光谱产品副总裁 Philip Binns 说道，“我们非常高兴能够推出这款全新的增强型系统，它能满足制药生产中严格的FDA标准。” Cary 8454 紫外-可见分光光度计能与已有的较早版本实现无缝转换，并且能够不间断延续已有的标准操作规程。 Cary 8454 紫外-可见分光光度计是安捷伦分子光谱系列产品的最新成员，引入了全球一流的 PDA 技术，可用于生命科学和化学分析领域。它将安捷伦液相色谱仪使用的强大 PDA 检测器技术和预校准光源相结合。该系统易于维护，并具有较高的可靠性，是 QA/QC 实验室的理想选择。其紧凑式设计和开放式采样区域改善了附件安装的人体工程学，并且能够轻松无误地进行样品前处理和获取结果。 要了解更多信息，请访问：https://www.chem.agilent.com/store/login.jsp?ReturnUrl=%2fen-US%2fpromotions%2fPages%2fcary8454.aspx。 如需了解安捷伦紫外-可见软件如何在收集、储存和保护电子记录方面遵循 FDA 法规认证，请查看以下数据表：安捷伦紫外-可见化学工作站和 OpenLAB ECM 的集成。关于安捷伦科技公司 安捷伦科技公司（纽约证交所：A) 是全球领先的测试测量公司，同时也是化学分析、生命科学、诊断、电子和通信领域的技术领导者。公司拥有 20600 名员工，遍及全球 100 多个国家，为客户提供卓越服务。在 2013 财年，安捷伦的净收入达到 68 亿美元。要了解安捷伦科技的信息，请访问：www.agilent.com。 2013 年 9 月 19 日，安捷伦宣布将通过对旗下电子测量公司进行免税剥离，分拆为两家上市公司的计划。分拆后的电子测量公司命名为是德科技 (Keysight Technologies, Inc.)，此次分拆预计将于 2014 年 11 月初完成。 有关更多的技术、企业社会责任和行政新闻，请访问：www.agilent.com/go/news。

ECOM提供广泛的内置探测器。闪光灯, TOYDAD和TOYFIX系列主要针对flash和制备的应用程序。大量的流动细胞与流动-速率从毫升到升每分钟允许广泛使用探测器。内嵌式探测器适合构造紧凑色谱系统。 所有的探测器都可以通过我们的软件从PC端控制ECOM，通讯采用RS232。色谱站支持我们所有的检测器。TOYDAD和TOYFIX探测器一共有三款，机械版如TOYDAD, TOYDAD L和TOYDAD EX。TOYDAD EX探测器与SMA 905连接器用于外部流通池连接。TOY18DAD EX具有以下特点：1. 尺寸小2. 内置灯泡工作时间计数器；3. 可使用光缆连接流通池；4. 双波长、四波长及四波长带扫描多种选择；5. 内置精密的诊断软件6.大量应用于分离纯化、超滤等设备集成。创新点：与第一代T0Y18DAD系列相比体积更小巧，可以连接RS232或者以太网连接，更适合在层析分离纯化设备里应用，更好的组合配套根据设备的布局来连接

各相关单位：根据《广东省农业标准化协会团体标准管理办法》的相关要求，2023年5月31日-6月7日，广东省农业标准化协会对《高效液相色谱-二极管阵列法同时测定兽药产品中8种兽药含量》《高效液相色谱-蒸发光散射法同时测定兽药产品中4种氨基糖苷类兽药含量》等2项团体标准进行了立项审查，经协会技术专家认真研究与审核，上述所申报的团体标准符合立项条件，现批准立项。请制标单位严格按照相关要求抓紧组织实施，严把标准质量关，切实提高标准编制的质量和水平，增强标准的适用性和有效性。同时欢迎与立项标准有关的高校、科研机构、相关企业、使用单位等加入该标准的起草编制工作。有意参与标准起草工作的请与协会秘书处联系。特此公告。 联系人：钱波 电 话：020-85161829 电子邮箱：gdnybzh@163.com 广东省农业标准化协会2023年6月7日

【重点摘要】硅光电二极管的刚性结构给大面积低成本扩展带来困难,限制了它在一些新兴应用中的使用。通过详细的表征方法,揭示了基于聚合物体异质结的有机光电二极管中,收集电荷的电极对低频噪声的影响。经过优化的有机光电二极管在可见光范围内的各项指标(响应时间除外)可媲美低噪声硅光电二极管。溶液处理制备的有机光电二极管提供了一些设计机会,例如用于生物识别监测的大面积柔性环形有机光电二极管,其性能可达到硅器件的水平。【硅光电二极管的局限性】 数十年来,硅光电二极管一直是光检测技术的基石,但它们的结构刚性给大面积低成本扩展应用带来许多局限。这给新兴的光电检测应用带来挑战。为实现更大面积的光电检测以及柔性基片上低成本光电二极管的制作,我们需要寻找新的材料体系。【有机光电二极管的低频噪声特性】 有机光电二极管常基于聚合物制成,具有结构灵活性等优势。研究人员通过详细的表征方法学,考察了这类二极管低频电子噪声的来源,发现负责收集电荷的电极对低频噪声有重要影响。这为设计低噪声的有机光电二极管奠定了基础。【有机光电二极管的指标表现】 经过优化设计后,有机光电二极管的大多数指标已可达到商用硅光电二极管的水平,特别是在可见光范围内。例如响应度、灵敏度、线性度、功耗等。它们的响应时间仍比不上硅二极管,但对大多数视频速率的应用已经足够。【应用展望】 溶解性的有机光电二极管制造过程为它们带来了许多应用机会。例如,大面积柔性的环形有机光二极管可用于生物识别监测。此类二极管成本低,可在多种非平面基片上制作,性能已达商用硅器件的水平。它们有望在新兴的光电子学领域大放异彩。图1 硅光电二极管(SiPD)与有机光电二极管(OPD)性能比较(A) OPD 尺寸结构。(B)测量所得光谱响应度。EQE,外量子效率。(C) 测量所得光照度依赖的光电流和响应度。LDR,线性动态范围。(D) 测量所得均方根噪声电流、噪声当量功率 (NEP)和特定探测度统计框图(_N_代表数据点数量)。Max,最大值 Min,最小值。图2 SiPD 和 OPD 中的稳态暗电流密度和电子噪声特性(A) 电压依赖的暗电流密度。Exp.,实验值。(B) 反向偏置下,建模和测量所得均方根噪声电流比较。图3 SiPD 和 OPD 中的时域响应特性(A) 负载电阻依赖的 10-90% 上升和下降响应时间。(B) 525 nm处频率依赖的归一化响应度。图4 弯曲 OPD(Flex-OPD)及其在光电容积图(PPG)中的应用(A) Flex-OPD 器件几何结构。PES,聚醚砜。(B) 小面积、大面积 Flex-OPD 和大面积 OPD 中的均方根噪声电流、响应度、NEP 和特定探测度统计框图。(C) S1133 SiPD 和环形 Flex-OPD PPG 阵列原理图(上) 手指反射模式 PPG 信号的 SiPD 和不同功率红色 LED驱动的环形 Flex-OPD PPG 阵列比较(下)。

p 　　近日，国家卫计委发布《发感染性疾病相关个体化医学分子检测技术指南》和《个体化医学检测微阵列基因芯片技术规范》，《指南》介绍了感染性疾病相关的个体化医学分子检测应注意的相关问题、技术方法、结果报告与解释、质量保证及临床应用等内容；《规范》旨在对个体化医学检测中采用微阵列基因芯片检测核酸序列以及基因表达进行一般性技术指导，不包括行政审批要求。具体通知如下： /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong 国家卫生计生委办公厅关于印发感染性疾病相关个体化医学分子检测技术指南和个体化医学检测微阵列基因芯片技术规范的通知 /strong /span br/ /p p 　　各省、自治区、直辖市卫生计生委，新疆生产建设兵团卫生局： /p p 　　为进一步提高感染性疾病相关个体化医学检测，以及微阵列基因芯片技术的规范化水平，我委组织专家制定了《感染性疾病相关个体化医学分子检测技术指南》和《个体化医学检测微阵列基因芯片技术规范》。现印发给你们(可从国家卫生计生委网站医政医管栏目下载)，请参照执行。 /p p style=" text-align: right " 　　国家卫生计生委办公厅 /p p style=" text-align: right " 　　2017年12月1日 /p p style=" text-align: right " 　　(信息公开形式：主动公开) /p p 　　附件1： img src=" /admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_doc.gif" / a href=" http://img1.17img.cn/17img/files/201712/ueattachment/2c01e790-eab0-4d65-9236-df827346c016.doc" 感染性疾病相关个体化医学分子检测技术指南.doc /a /p p 　　附件2： img src=" /admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_doc.gif" / a href=" http://img1.17img.cn/17img/files/201712/ueattachment/3cecb3ff-d95b-4dc8-be88-0b5211f53960.docx" 个体化医学检测微阵列基因芯片技术规范.docx /a /p p br/ /p

近日，中科院大连化学物理研究所生物技术研究部分子探针与荧光成像研究组(1818组)徐兆超研究员团队和新加坡科技设计大学刘晓刚教授团队合作，发展了一种全分子多因素调控荧光团TICT的方法，设计出具有宽动态响应范围和梯度敏感性的荧光传感器阵列，应用于Aβ蛋白聚集动力学的监测。该方法基于荧光分子的发光构效关系，通过实验和理论相结合的方式，深入理解分子发光机理，为工程化创制高性能的荧光分子提供了新思路和新方法。 　　通过抑制荧光分子受光激发后的扭转分子内电荷转移(Twisted Intramolecular Charge Transfer, TICT)，可以开发出高亮度、高稳定性的荧光团。调控荧光团TICT性能可以设计具有不同敏感性的荧光探针以满足探测生理环境多样性的需求。分子工程方法依靠单个影响因素来调控TICT，如电子供体的供电子能力或共轭体系大小等，一直以来缺乏从分子结构整体来系统发现和考量多种影响因素。 　　针对这一问题，本工作中合作团队通过理论计算和实验验证，首先发现多个结构因素对荧光团TICT态存在影响，包括发色团共轭链长度、分子是否带电、供体模块的供电性以及供体和发色团之间的几何结构的预扭转等。 　　进一步，研究团队以广泛应用于蛋白质检测、粘度或pH指示剂的半花菁类荧光团为研究骨架，将多重影响因素系统考量指导分子结构改造，设计合成了15种半花菁衍生物荧光阵列，发光颜色涵盖整个可见光区(444至735nm)，并具有梯度灵敏度和不同动态响应范围(粘度响应系数从0.46到0.97)。这种阵列的宽动态响应范围和梯度敏感性得益于荧光分子结构的多样性，最终实现了对Aβ蛋白聚集不同阶段动力学的监测以及对形成的Aβ纤维的荧光成像。徐兆超团队在理解和调控TICT这一淬灭荧光的光物理过程中做了系统性工作：通过结构改造，抑制了TICT并创制了多种高亮度的荧光染料(J. Am. Chem. Soc.，2016)；发现了一种新型的光诱导分子内电荷转移机制(Angew. Chem. Int. Ed.，2019)；实现了准确预测不同类型荧光染料TICT态的方法(Angew. Chem. Int. Ed. ，2020)；近期也对该领域的进展做了系统性的综述(Chem. Soc. Rev.，2021)。 　　相关研究成果以“Monitoring Amyloid Aggregation via Twisted Intramolecular Charge Transfer (TICT)-Based Fluorescent Sensor Array”为题，于近日发表在《化学科学》(Chemical Science)上。该工作的第一作者是1818组博士后王超和博士研究生江文钞。上述工作得到国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。

案例解读|基于朊病毒的肽阵列绘制背景解读大洋洲巴布亚新几内亚高原的一个叫Fore的部落还处在原始社会，他们一直沿袭着一种宗教性食尸习惯，所以我们也成功的入侵当地人的机体系统，几年后或者有的更久，食尸者中不少人会便出现了病症，抽搐，关节严重弯曲，后躯萎缩摇摆，而后发展成失语直至完全不能运动，不出一年被染者全部死亡。1996年那年春天，在英国迅速蔓延的“疯牛病”，一时间人们“谈牛色变“，英国的农场主将病死的牛制成“牛肉骨粉”（动物内脏制成的饲料）饲养原本吃植物的菜牛，也随着被变异而大范围的传播，而那些食用被疯牛病污染了的牛肉、牛脊髓的人，有可能染上致命的克罗伊茨费尔德—雅各布氏症（简称克－雅氏症），也就是所说的，人患上了“疯牛病”，其典型临床症状为出现痴呆或神经错乱，视觉模糊，平衡障碍，肌肉收缩等，病人便会“羊瘙痒症”：因精神错乱而死亡。其实，致病的原因便是因为我沿着脊椎潜入了大脑中，使脑部出现海绵状空洞，才引发了后来的一切。关于阮病毒朊病毒与常规病毒一样，有可滤过性、传染性、致病性、对宿主范围的特异性，但它比已知的小的常规病毒还小得多（约30～50nm）；电镜下观察不到病毒粒子的结构，且不呈现免疫效应，不诱发干扰素产生，也不受干扰作用。朊病毒对人类的威胁是可以导致人类和家畜患中枢神经系统退化性病变，不治而亡。因此世界卫生组织将朊病毒病和艾滋病并立为危害人体健康的顽疾。朊病毒（prion virus）严格来说不是病毒，是一类不含核酸而仅由蛋白质构成的可自我复制并具感染性的因子。它的复制方式是（尚未明确）：1.“模板学说”：在特殊情况下，SC型PrP可作为模板，在特定酶参与下，降低转化所需能量，并催化C型PrP转变为SCPrP2型，形成二聚体，二聚体又会解离。2.“种子学说”：朊病毒（SC型PrP型蛋白）接触到了生物体内正常的C型PrP蛋白，导致C型的变成了SC型。朊病毒蛋白PrPC空间结构螺旋为主，溶解度高，PrPSC空间结构折叠为主，溶解度低，肽链氨基酸排列顺序相同朊病毒蛋白（PRION）是生物体正常基因编码的产物，本不具有感染性和致病性，但是遗传突变可以产生传染型朊病毒，可以将正常的朊病毒异构为传染型朊病毒，其因为结构特殊，无法被细胞内溶酶体中的蛋白酶分解，而在溶酶体中大量积累，涨破溶酶体，使其中的蛋白酶流出而对细胞造成破坏，使神经细胞大量死亡而产生海绵状空洞。疯牛病、羊瘙痒症、库鲁病都是由朊病毒引起。归根结底，朊粒是正常寄主的PrP基因编码的正常蛋白质PrP^c的异构体PrP^sc，它不是遗传信息的载体，不能自我复制，只是感染动物体内正常的PrP^c，导致动物患病。中心法则的正确性无可置疑。方法原理蛋白质-蛋白质的相互作用是活细胞中大多数（不是全部）生物过程的基础。因此，采用现有技术或开发新技术来研究蛋白质之间的相互作用对于阐明哪些氨基酸序列对这些相互作用起着重要作用。这些新的见解反过来可能导致对疾病潜在过程的更好理解，并可能为新的治疗方法提供基础。在这里，我们描述了一种通常用于确定朊病毒特异性抗体表位的羊朊病毒蛋白基肽阵列的新用途，并展望这将产生关于其PrP部分与羊朊蛋白衍生线性肽之间相互作用位点的信息。肽阵列的这种适应性应用表明，通过培养绵羊（ARQ）PrPC与麦芽糖结合蛋白（MBP）融合的成熟部分，PrP部分与绵羊朊病毒衍生肽之间发生了结合，并表明单个PrP分子之间可能发生一些特定的自相互作用；在此说明肽阵列的这种适应性应用是进一步明确哪些不同的氨基酸序列参与蛋白质-蛋白质相互作用的可行方法。中心法则及其补充内容告诉了我们遗传信息的流动方向：DNA的复制，遗传信息流动方向由DNA→DNA；DNA的转录，遗传信息流动方向由DNA→RNA；翻译，遗传信息流动方向由RNA→蛋白质；RNA的复制，遗传信息流动方向由RNA→RNA；RNA的逆转录，遗传信息流动方向由RNA→DNA；蛋白质的复制，遗传信息流动方向由蛋白质→蛋白质。但是究竟在生物体中遗传信息的传递应该包含其6点内容中的几种呢？不同类型的生物，遗传信息的传递过程也有所差异。实验方法传染性海绵状脑病（TSEs）或朊病毒疾病的常见事件是宿主编码的蛋白酶敏感细胞朊病毒蛋白（PrPC）转化为朊病毒蛋白（PrP）的羊瘙痒相关蛋白酶抵抗亚型（PrPSc）的菌株依赖性等位型。PrPSc的形成是一个翻译后的过程，包括将宿主编码的朊病毒蛋白（PrPC）重新折叠（转换）为部分蛋白酶抗性形式（PrPSc）（1）。 这些过程由PrP结构的相似性和应变依赖性变化决定（2-11）。PrP分子之间的选择性自相互作用是这些过程发生的可能的基础，可能受到chaper-one分子的影响；然而，这些过程背后的机制还远未被了解。在这里，我们描述了一个肽阵列的利用，该肽阵列系统地覆盖了细胞朊病毒蛋白的整个成熟部分，以阐明涉及PrPC（12）自身相互作用的相互作用域。为此，利用重组羊PrPC与麦芽糖结合蛋白（MBP-PrP）构建了羊PrP肽阵列。朊病毒肽阵列的基本设置。成熟的PrP-ORF（不包括N-和C-端信号序列）被分成15个mer重叠肽，形成一个网格，每个孔中的氨基酸序列都移动了一个氨基酸。基于ELISA的肽阵列分析检测原理。（A）用于确定抗体表位的肽阵列的标准检测装置；（B）本研究中用于测定肽-蛋白质相互作用的替代装置。实验结果PrPC二级结构和抗体表位与肽阵列结合模式和Kyte–Doolight亲水性图的概述。PrPC示意图，显示信号序列、b-片（S1、S2）、a-螺旋（H1、H2、H3）、二硫桥位点（S-S）和糖基化位点（CHO）。PrP序列与Kyte-Doolittle亲水性图（折线图；阴性为疏水性，阳性为亲水性）以及与绵羊朊病毒肽阵列的相对结合模式（柱状图）。方法解读抗原表位定位是鉴定，表征抗体，抗原和其他蛋白质结合位点的关键过程。 该信息使科学家能够开发出针对各种病毒病原体的新型疗法和疫苗，同时也是了解抗体如何针对不同条件（包括细胞毒素，过敏原，神经元或炎性反应）产生的有效方法。 然而，由于蛋白质和肽结构的复杂性，抗原表位的鉴定和定位可能很困难。当前的抗原表位定位方法，包括X射线共晶体学，低温电子显微镜（cryo-EM）和定点诱变作图，可能会非常耗时且昂贵。

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员孟国文小组与美国西弗吉尼亚大学教授吴年强小组及技术生物与农业工程研究所研究员黄青小组合作，在银纳米棒簇有序阵列构筑及基于其表面增强拉曼散射(SERS)效应检测水中农药残留方面取得进展，相关成果以卷首插画论文发表在《先进材料》(Adv. Mater. 2016, 28, 4871-4876)上。　　拉曼散射光谱能够提供分子振动的指纹信息，是化学、生物、环境等领域中最具应用前景的分析技术之一。然而拉曼散射效应非常微弱，拉曼散射光强度约为入射光强度的10-6~10-9，所以需要利用贵金属纳米结构SERS基底来大幅度增强拉曼散射信号。对于理想的SERS基底，首先应具有高密度的“热点”(一般位于　　该团队副研究员朱储红利用多孔阳极氧化铝和单层胶体球构成的复合模板，采用电沉积法成功构筑了银纳米棒簇有序阵列。这种分级有序纳米结构阵列的SERS增强因子高达108，并具有较好的信号均匀性和重现性，其信号特征峰强度的相对标准偏差小于10%。时域有限差分法模拟结果表明，相邻纳米棒顶端之间约2纳米宽的间隙内，具有强电磁场耦合产生的“热点” 该有序阵列的高增强因子正是源于这些密集分布的“热点”。采用该SERS基底能够同时检测水中多种痕量农药，例如甲基对硫磷和2,4-二氯苯氧乙酸等。该工作为大面积、可重复制备高度有序的纳米棒簇阵列提供了一种低成本的简便方法。相关研究结果表明银纳米棒簇有序阵列在基于SERS效应检测水中农药残留方面具有重要的应用前景。　　相关工作得到国家重点基础研究发展计划、“中国科学院、国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划”和国家自然科学基金等项目的支持。　　文章链接　　图1. 卷首插画　　图2. 银纳米棒簇有序阵列同时检测水中的甲基对硫磷和2,4-二氯苯氧乙酸得到的SERS光谱。曲线I：水中0.3μ M甲基对硫磷和2μ M的2,4-二氯苯氧乙酸混合农药的SERS光谱 曲线II：0.3μ M甲基对硫磷的SERS光谱 曲线III：2μ M的2,4-二氯苯氧乙酸的SERS光谱。

新年伊始，大科学工程高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）传来喜讯。5日，记者从中国科学院高能物理研究所获悉，拉索水切伦科夫探测器阵列(WCDA)三号水池注水达到正常工作水位，这标志着WCDA探测器全部建成，全阵列投入科学运行。这是拉索四种类型的探测器阵列中最早完成的一个阵列。WCDA是拉索探测器阵列的重要组成部分之一，探测器总面积为78000平方米，由三个水池组成，内有3120个探测器单元，6240个光敏探头。WCDA水池采用了国内首创的“薄壁混凝土现浇边墙+软基土工膜防渗系统+大跨度轻钢屋面结构”设计，在没有国标可参考的情况下，满足了探测器对避光、防冻、防锈蚀和水位保持等的超高指标要求。“根据国际前沿发展动态，项目组在WCDA建设过程中进行了方案优化，在二号和三号水池中采用了我国自主研发的、具有国际上最大灵敏面积的新一代20寸光电倍增管，降低了探测器阈能，大幅增强了探测器在50-500 GeV能段的伽马射线探测能力。”拉索项目首席科学家、中科院高能物理所研究员曹臻说。曹臻表示，WCDA的有效探测面积是国际上最大同类型实验HAWC的4倍，能够对银河系内外的伽马暴、快速射电暴、引力波电磁对应体等具备瞬变特性的高能辐射信号进行探测，具备5-10年的国际领先优势，预期将获得一系列非常重要的观测与研究成果。拉索是国家重大科技基础设施项目，位于四川省稻城县海子山，由电磁粒子探测器阵列、缪子探测器阵列、水切伦科夫探测器阵列、广角切伦科夫望远镜阵列组成。

当前，在全球范围内科技与产业革新的浪潮中，信息光电子、激光加工、激光全息、光电传感等技术正在快速发展。光电产业与能源、信息、医疗等领域的结合和渗透也在加速，推动着新技术、新产品和新商业模式的不断涌现，全球光电产业的竞争格局经历重大重塑。据Market Research Future预测，到2032年，光电市场的规模将从2024年的381.9亿美元增长至845亿美元。预计在2024至2032年期间，该市场的年复合增长率为10.44%，其中光电子在多个不同领域的应用增加以及红外元件利用率的提高是促进市场增长的关键市场驱动力。随着光电子技术的进步和规模化生产，社会生产对光电子相关器件的需求日益增加，互联网与光电产业深度融合。作为高新技术产业基础的光电元件，正快速朝着微型化、精密化、轻薄化以及集成化的方向发展。然而，由于其发展历程相对较短，仍面临诸多挑战和问题需要逐步解决。其中，高能射线成像是一种利用高能射线（如X射线、伽马射线等）进行成像的技术，主要用于医学、工业检测、安全检查和科学研究等领域。但该技术受到的主要限制因素在于厚层闪烁体材料内部存在的自吸收和散射现象。近年来，钙钛矿纳米闪烁体已直接集成到电荷耦合器件中以实现X射线成像。然而，为了有效吸收高能射线，钙钛矿闪烁体层必须达到毫米至厘米的厚度。但由于横向光子散射和固有的自吸收，毫米厚度的钙钛矿闪烁体的光穿透和空间分辨率仍将受到限制。基于此，新加坡国立大学（NUS）化学系的刘小钢教授研究团队开发了一种用于提高射线成像性能的像素化双锥形光纤阵列。该阵列通过双锥面设计可以有效地吸收传递闪烁体层激发的光子，降低闪烁体材料内部的散射和自吸收，从而有效提高射线成像的空间分辨率和成像性能。相关成果以“A double-tapered fibre array for pixel-dense gamma-ray imaging”为题，发表在《Nature Photonics》期刊上。光纤可以增强光耦合，执行光信号传输，并实现具有低损耗接口的光子集成电路。此外，理论研究表明，锥形或双锥形光纤可以通过促进倏逝波在锥形区域的基模上的传播来充当高功率放大器。在这里，研究人员扩展了理论分析，并通过实验验证了使用柔性双锥形光纤阵列和钙钛矿纳米晶闪烁体实现高灵敏度伽马射线成像的可能性。图1. 用于定向光收集的透明双锥形光纤阵列的结构特性研究人员对光收集特性进行了表征，并优化了锥形光纤的几何形状，以最大限度地提高光收集效率和传输效率。研究团队通过成型和层压聚氨酯和有机硅弹性体制造双锥形纤维阵列，首先采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术制作出光纤阵列模具(nanoArch® S130，精度：2μm)，并结合PDMS翻模技术得到双锥形纤维阵列。钙钛矿纳米晶充当闪烁体，通过测量其激发光谱对钙钛矿纳米晶进行表征，其表示作为波长的函数的相对发光强度。钙钛矿闪烁体表现出相对较小的斯托克斯位移和较高的量子产率，导致发射光子的大量重吸收。图2. 用于光子回收和高分辨率X射线成像的双锥形光纤阵列的光学特性双锥形光纤阵列系统的一个关键特征是它适用于发光穿透深度不足的所有情况，例如，具有上转换材料的近红外探测器、具有钙钛矿闪烁体的X射线或伽马射线探测器以及电激发发光二极管。通过将光纤阵列和钙钛矿纳米晶相结合，在实验中实现了输出信号增加了三倍，并通过4 mm厚的闪烁体层实现了6 MeV和10 MeV的伽马射线成像。伽马射线成像对于测量放射治疗、医学诊断和工业三维伽马射线断层扫描期间的皮肤剂量非常重要，因为这需要深度穿透。鉴于双锥形光纤阵列与硅技术的兼容性以及材料的可延展性，有望被大规模生产用于制造超灵敏光子探测器和用于高能辐射的大面积柔性成像设备，在仿复眼学、光场成像、生物分子传感、光学放大器以及发光二极管等领域也有着潜在应用。

【新一代小型拉曼必配技术】 近年来，拉曼光谱快检技术在食品安全、生物医药、分子结构研究、化工过程、生物化学、考古及文物鉴定、公安与法学样品分析、反恐技术等各行各业得到广泛应用，被称为“分子指纹”的拉曼光谱技术因其无损、便捷、速度快、稳定性高的优良特性，在光学快检领域受到大力推崇。但是实际使用过拉曼光谱检测方法的都知道，由于采用聚焦测量的方式，在对有些目标物检测时，必须很小心。由物像共轭关系可以知道，只有在光谱仪接收狭缝的像点发出的所有光信号才能被光谱仪所接收。因此当激发激光的聚焦点正好处于这个位置的时候，拉曼信号才有最高的收集效率。为了获得更高的分辨力，色散光谱仪的狭缝，通常只有几十个微米，所以在进行拉曼检测的时候我们需要对激光进行聚焦。对于一些应用这是非常方便的，比如需要对天然宝石中的胞体进行研究。但在很多时候，高聚焦也带来了其它的问题。比如：深色物质，由于深色物质会吸收大部分激光功率，因此容易引起样品的灼烧。在测量文物字画时有损害样品的可能，而测量黑火药、烟火药等炸药时，甚至有直接引爆的危险。如下图此外，由于拉曼的聚焦特性，因此实际上只能进行“点测量”，对于一些非均匀样品的分析，高聚焦很可能导致对检测谱图代表性的质疑。如果被测物为非均匀混合物，很可能测量的那个点上，并没有目标物。比如测一个注胶的翡翠手镯，但测量点上没有胶，可能就会被误认为A货翡翠。测量多组分混合的固体违禁品时，可能测量点上只有食用辅材而不包含违禁品。 如下图针对这种情况，出现了一些针对性技术：首先是ORS移动光斑技术，这种技术通过降低单个位置激光照射时间来避免引燃物体。但由于微机械传动结构很难保证光斑运动轨迹在某个平面范围上均匀分布，因此实际效果只是光斑在某个小范围内呈线性“抖动”，并且由于单点功率密度并没有下降，因此很多情况下仍旧会灼烧甚至引爆物品，而且对设备光机结构要求非常高，导致可靠性下降。 第二种是TRS透射技术。该技术对样品要求很高，需要是薄片状样品，而且受数值孔径的限制，这种方式的光学效率不高，测量范围更小。 第三种是采用非聚焦方式的“大光斑”技术，由于不在物镜聚焦点上测量，使得照射光斑扩大，但由于违背了前面所说的聚焦测量的原则，因此导致收光效率大幅损失，即使在周围加上反射腔做弥补，也至少损失一个数量级以上的光学效率。 并且，以上三种技术都只能将光斑范围扩大到毫米级，在实际应用中仍然太小了。而且后两种技术还会大幅的损失光学收集效率，导致信号恶化，无法有效分辨样品。 如何才能获得一个较大面积的拉曼特征并且实现激光功率的均匀分布，而又不以牺牲光学效率为代价呢？复眼昆虫眼部分解成无数的复眼，每个小的眼睛均可独立成像，通过复眼结构昆虫获得了更高的视野和反应速度。从昆虫的复眼，我们获得了很好的启示。通过对复眼的仿生，科学家发明了“蝇眼相机”，具有160度的视野，能够同时聚焦物体的不同深度。 如果像复眼一样，有无数个小透镜同时对激发光聚焦，我们就可以在透镜的焦平面将激发光平均分配为很多份。每个小的透镜都是一套独立的光学系统，光谱仪狭缝和样品激发位置构成物象共轭关系。由于小透镜位置不同，我们可以把检测点覆盖在一个很宽的范围同时检测，解决了拉曼检测实际上只能进行“点测量”的问题。 这就是简智仪器通过研究率先推出的MOEMS 阵列光斑检测技术，不止解决了拉曼光谱高聚焦容易引起样品的灼烧的问题，同时实现了拉曼检测技术从“点测量”到“面测量”的突破。简智仪器依托自身元器件级的研发设计能力，突破重重设计和工艺难点，将传统拉曼中使用的单一透镜，优化为阵列微透镜，然后再做对应的光路系统的优化，研发出来的复眼仿生的MOEMS拉曼探头，实现将检测范围扩大为厘米量级！而光点能量降低1-2个数量级，并且在检测范围内，均匀分布上百个聚焦光斑点；并且每个光斑点，保持了高数值孔径，在不显著降低接收效率的前提下，又均匀地分摊了激光照射功率，可以对样品进行大面积检测。特别是在测量危险样品时，由于单点功率低于5mw，因此，绝对安全。彻底杜绝拉曼光谱灼烧损坏样品，或者引燃引爆危险品的可能性！并且在均匀分摊激光功率的同时，保持超高拉曼接受效率，不会因为测量深色物体而导致信号恶化无法正确分辨。MOEMS 阵列光斑检测技术可以解决目前对于违禁品等混合样品在拉曼检测中出现的代表性问题，避免了对高吸收率物质（如黑火药、ABS材料等）进行拉曼光谱检测时出现的烧蚀损毁现象，解决了易燃目标目前无法用拉曼技术直接检测的问题，同时创新性地实现了低能量密度下的大面积拉曼检测，是对传统拉曼检测技术的革新性变化。简智仪器有信心，MOEMS将成为下一代便携式拉曼光谱的常态性必配技术。绝对安全的保证，将大幅扩大拉曼光谱技术的适用范围。简智仪器在现场快检技术发展高峰论坛暨2019简智新品发布会上发布该项新科技，为拉曼快检底层技术革新拉开了序幕。2019年简智仪器即将推出的Easy-Raman EV系列新款手持式拉曼光谱产品也将搭载MOEMS阵列光斑检测技术，敬请期待。

世界声学与振动测量专家Bruel & Kjaer于11月2日和4日分别在上海和北京各举办了一场阵列技术研讨会，总共吸引了近200名用户到场。 11月2日Bruel & Kjaer阵列技术研讨会（上海场） 来自Bruel & Kjaer丹麦总部的讲师向与会者介绍了噪声源识别技术概览；平面波束形成、优化波束形成和球面波束形成、移动声源波束形成；声全息，宽带声全息，保形绘图；手持阵列应用等方面的知识。 11月4日Bruel & Kjaer阵列技术研讨会（北京场） 讲师还在会议现场介绍和演示了Bruel & Kjaer近期推出的PULSE Reflex声学照相机的功能与应用，这款功能强大的产品能够在20秒内显示噪声源彩图，使得定位飞机舱、驾驶舱和其他区域的噪声变得前所未有的简单。 根据会后反馈，与会者均表示讲师的讲解非常清晰，对各种阵列技术覆盖全面，内容对实际工作有实用价值。 了解更多关于Bruel & Kjaer阵列产品与技术的信息，请访问如下网页： http://www.bksv.cn/Products/transducers/acoustic/acoustical-arrays 关于Bruel & Kjaer Bruel & Kjaer是先进的声学与振动测量系统制造商和供应商。 我们帮助客户测量和管理其产品与环境中的声音与振动质量。我们关注的领域包括航空航天、太空、国防、汽车、地面交通、机场环境、城市环境、电信和音频。 我们的声学与振动设备系列包括声级计、传声器、加速度计、适调放大器、校准器、噪声与振动分析仪和PULSE软件。 我们还设计和制造LDS系列振动测试系统，以及完整的机场和环境监测系统：WebTrak，ANOMS，NoiseOffice和Noise Sentinel。 全面了解我们的解决方案、系统和产品，请访问我们的网站：www.bksv.cn。 Bruel & Kjaer是总部位于英国的思百吉集团（www.spectris.com）旗下的子公司。思百吉集团2013年销售额达12亿英镑，集团的4个业务板块在全球共有大约7,500名员工。 媒体联系朱立市场传播经理Bruel & Kjaer 中国电话：+86 21 61133678邮箱：julie.zhu@bksv.com.cn网站：www.bksv.cn

本文授权转载自：清华大学头条新闻，转载请联系出处。10月2日，清华大学化学工程系魏飞教授团队在《自然通讯》（Nature Communications）上在线发表题为“超纯半导体性碳纳米管的速率选择生长”（Rate selected growth of the ultrapure semiconducting carbon nanotube arrays）的论文。该论文研究指出，碳纳米管在生长过程中的原子组装速率与其带隙相互锁定，金属管数量随长度的指数衰减速率比半导体管高出数量级，在长度达到154mm后可实现99.9999%超长半导体管阵列的一步法制备，这一方法为制备结构完美、高纯半导体管水平阵列这一世界性难题提供了一项全新的技术路线，对新一代碳基电子材料的可控制备具有重要价值。研究背景随着信息技术的高速发展，半导体芯片已成为数字经济和国家安全的重要基础。近年来，以硅基材料为核心的摩尔定律即将走到终点，在众多替代材料中，碳纳米管凭借纳米级尺寸和优异的电子空穴高迁移率成为新一代芯片电子的理想候选材料。美国国防高级研究计划局宣布投资15亿美元推进“电子复兴计划”，用于开发微型化、高性能碳纳米管芯片。斯坦福大学和麻省理工学院相继研发出碳纳米管计算机和基于1.4万个碳纳米管晶体管构筑的16位微处理器，充分展现了碳纳米管在后硅时代的发展潜力。我国在碳纳米管电子器件及材料制备的工程应用领域具有显著优势，特别是在单根碳纳米管晶体管无掺杂制备及小碳纳米管器件领域做出了众多原创性贡献。在碳纳米管宏量制备领域，也已率先实现世界高、千吨级产量聚团状和垂直阵列状碳纳米管的批量制备，并在动力电池领域规模化应用。然而，碳纳米管的结构缺陷、手性结构控制仍然是制约高性能碳基芯片应用的关键问题。研究过程基于以上问题，魏飞教授团队专注结构完美超长碳纳米管的研发10余年，发现超长碳纳米管在分米级长度上的结构一致性，率先制备出世界上长的550mm碳纳米管，并验证了碳纳米管的数量随长度呈现指数衰减的Schulz-Flory分布规律。进一步研究发现，金属和半导体管的数量也各自满足Schulz-Flory分布，但半导体管的半衰期长度是金属管的10倍以上。拉曼散射、瑞利散射光学表征及同位素标记的生长速度测试表明，金属与半导体管的半衰期长度差异源于碳纳米管自身带隙锁定的生长速度。缩小非均相催化中外扩散与毒化过程的活化能差异，从而提高碳纳米管的长度，是实现具有窄带隙分布的半导体管阵列可控制备的关键。据此，该团队设计层流方形反应器，精准控制气流场和温度场并优化恒温区结构，将催化剂失活几率降至百亿分之一，成功实现了超长水平阵列碳纳米管在7片4英寸硅晶圆表面的大面积生长，长长度650mm，单位反应位点转化数达到1.53×106 s-1。用154mm处的碳纳米管阵列作为沟道材料制作的晶体管器件，开关比为108，迁移率4000cm2/Vs以上，电流密度14A/m，展现了超长碳纳米管在阵列水平的优异电学性能。高纯度半导体性碳纳米管阵列的速率选择生长研究结果这种利用带隙锁定生长速度实现高纯半导体管可控制备的方法，为原位自发提纯半导体材料提供了一种全新路线，为发展新一代高性能碳基集成电子器件奠定了坚实的基础。该工作是魏飞教授团队继实现半米长碳纳米管可控制备及原位卷绕成大面积、单手性碳纳米管线团后的又一创新性工作，为实现碳纳米管在高端电子产品及柔性电子器件中的应用，推动国家微电子行业发展提供了可行的路线。论文直达文章通讯作者为魏飞教授，作者为清华大学化工系2015级博士生朱振兴，芬兰阿尔托大学应用物理系博士后魏楠、清华大学微电子系许军教授及2016级博士生程为军、清华大学化工系王垚副教授、张如范助理教授、博士生申博渊、孙斯磊、高俊参与了该工作。本项研究工作受到国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金委及北京市科学技术委员会等项目的资助。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-12519-5 点击查看更多往期精彩文章 严峻环境下的自救——探寻端气候下的生命存续 | 前沿应用【上篇】发现生命的轨迹——化石中的碳元素分析 | 前沿应用地底深处的生命探索——矿物中的化学反应分析 | 前沿应用【下篇】复旦巧用增强拉曼“识”雾霾 | 前沿用户报道瞪你一眼，就能“看透”你 | 用户动态青岛能源所实现毫秒级单细胞拉曼分选，"后液滴"设计功不可没|前沿用户报道表面增强共振拉曼光谱探究细胞色素c在活性界面上的电子转移新型荧光探针——细胞膜脂变化无所遁形!1+1≥3，AFM-Raman 材料表征新技术！——附新相关论文 免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载，文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有。HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息，以供读者阅读、自行参考及评述，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 HORIBA科学仪器事业部HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon光谱技术品牌创立于1819年，距今已有200年历史。如今，HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选，之后我们也将持续专注科研领域，致力于为全球用户提供更好的服务。点击下方“阅读原文”查看新闻。

胶体量子点(QD)/石墨烯纳米杂化异质结构为量子传感器提供了一种有前途的方案，因为它们利用了量子点中的强量子限制，具有增强的光-物质相互作用、光谱可调性、抑制的声子散射和室温下石墨烯中非凡的电荷迁移率。在这里，我们报告了一个灵活的，九通道的 PbS 量子点/石墨烯纳米混合成像阵列在聚对苯二甲酸乙二酯上的开发，使用了一个简单的工艺，用于器件制造，信号采集和处理。PbS 量子点/石墨烯成像阵列具有高度均匀的光响应特性。在1.0 V 偏置下，400-1000nm 入射光[紫外-可见-近红外(UV-vis-NIR)]的最高响应度为9.56 × 103-3.24 × 103A/W，功率为900pW。此外，该阵列具有一致的光谱响应，弯曲到几毫米的曲率半径。在紫外-可见-近红外(UV-vis-NIR)范围内的宽波长成像表明，量子点/石墨烯纳米杂化体为柔性光探测器和成像器提供了一种可行的方法。图1.(a-c)九通道 PbS 量子点/石墨烯传感器阵列的器件制作方法。(b)石墨烯通道上的 PbS QD 涂层 以及(c) MPA 配体交换。(d，e)是分别在刚性硅和柔性 PET 衬底上制作的9通道 PbS 量子点/石墨烯传感器阵列的示意图。(f)用短链导电 MPA 配体封装 PbS 量子点以促进从量子点到石墨烯的电荷转移的替换长链绝缘 OLA 和 OA 配体的示意图。(g)九通道 PbS 量子点/石墨烯传感器阵列中像素的结构示意图和 PbS 量子点/石墨烯界面上的内置电场。(h)使用 Arduino 读出器在九通道 PbS 量子点/石墨烯光电探测器阵列上进行传输成像的光学设置。图2。(a)在量子点沉积之前，在九通道 PbS 量子点/石墨烯传感器阵列上的石墨烯或“ Gr”通道的光学图像。(b)石墨烯/Si 和 Si 之间边界处的 G 峰(左上)和2D 峰(右上)的拉曼图，以及石墨烯上随机选择的点的拉曼光谱。单层石墨烯的 I2D/IG 2。(c)在1200nm 附近显示吸收峰的 PbS 量子密度吸收光谱。插图显示了 PbS 量子点的 TEM 图像，表明了 PbS 量子点的大小和均匀性。(d) PbS 量子点直径大小的分布。(e) PbS 量子点的高分辨透射电镜图像。条纹间距约为0.3 nm，相当于 PbS 的(200)晶格面。图3。(a)在硅衬底上的九通道 PbS 量子点/石墨烯传感器阵列上的选定像素在制作后的少数选定次数上的动态光响应。入射光功率为230nW，波长为500nm。整个像素的偏置电压为1.0 V (b)三个光开/关周期，显示重现性以及上升和下降时间定义。(c)相同的九通道 PbS 量子点/石墨烯传感器阵列对400-1000nm 范围内几个选定波长的入射光功率的光响应性。(d)相同的九通道 PbS QD/石墨烯传感器阵列对入射光功率为900pW 和偏置电压为1.0 V 的波长的检测率显示相同的九通道 PbSQD/石墨烯传感器阵列对入射光功率为900pW 和波长为500nm 的偏置电压的归一化响应性。数据在6783A/W 的1V 响应下进行了归一化处理。图4。(a)硅基板上的九通道 PbS QD/石墨烯传感器阵列对2.5 μW 的入射光功率和1V 的偏置电压的波长和通道(像素)的响应度(b)在500nm 的波长下9个像素的归一化响应度。(c)在黑暗中使用带有“ X”的阴影掩模显示五个中心通道和四个角通道的透射成像示意图。(d)使用(b)中的归一化方法对9个像素进行归一化响应，显示“ X”阴影掩模成像的结果。图5。(a)显示阴影掩模位置的图像扫描系统，透过线性致动器水平和垂直扫描，以取得安装在“样本”位置的九通道 PbSQD/石墨烯传感器阵列上的传输图像。(b)透过光束扫描以在阵列上产生传输图像的阴影掩模的光学图像。(c-e)通过在(c)400，(d)500和(e)1000nm 的波长的衬底上的九通道 PbS QD/石墨烯传感器阵列获得的图像。图6。(a)在 PET 基板上安装在弯曲虎钳上的九通道 PbS QD/石墨烯传感器阵列。转动图中所示的螺丝，将虎钳的两边连接在一起产生弯曲。(b) PET 阵列对几个选定波长的入射光功率的归一化响应率和1V 的偏置电压(c)柔性 PET 阵列的响应率作为入射光波长的函数以及刚性 Si 阵列，两者都在400nm 处归一化以进行比较。在这种情况下，入射光功率约为120nW，偏置电压为1 V (d)对于具有500nm照明的 PET 阵列，响应率与曲率半径之比。这种情况下的光功率为2.5 μW，偏置电压为1 V。插图展示了在弯曲条件下的阵列，并用500nm 光照明。图7.在 PET 上分别以(a)400，(b)500和(c)1000nm 的波长用9通道 PbS QD/石墨烯混合传感器阵列拍摄的图像。图8.在 PET 上用9通道 PbS QD/石墨烯混合传感器阵列拍摄的图像，阵列(a)平坦，(b)弯曲半径为5厘米。相关科研成果由堪萨斯大学Andrew Shultz、Bo Liu和Judy Z. Wu等人于2022年发表在ACS Applied Nano Materials上。

如今，LiDAR在自动驾驶辅助系统（ADAS）、无人机、测距、人脸识别、数字相机等领域的应用越来越广泛，也变得越来越重要。现在，让我们回顾一下2019年的一项重要研究。在一项具有前瞻性的合作研究中，爱丁堡大学的Robert K. Henderson教授与STMicroelectronics影像部门合作，推动了基于单光子雪崩二极管（SPAD）的激光雷达（LiDAR）系统的发展，并在汽车应用领域取得了重大突破。他们的研究专注于优化SPAD的配置，以提升汽车LiDAR接收器的设计，并对该领域产生了深远影响。在Henderson教授的领导下，该团队进行了具有创新性的研究，重新定义了基于SPAD的LiDAR技术的能力。他们的研究成果发表在题为《用于LiDAR接收器验证的可重配置40纳米CMOS SPAD阵列》的关键论文中，对该领域具有重要影响。该研究以使用40纳米CMOS技术实现的可重配置SPAD阵列为核心，提供了像素配置的灵活性。该合作开发的测试芯片利用了Xilinx Kintex-7 FPGA进行高效的数据采集，实现了同时读取128个SPAD数字输出。这种能力可记录大量SPAD事件，为进一步分析提供关键数据。Henderson教授团队的关键突破之一是同步总和技术（SST），旨在优化基于SPAD的LiDAR系统的动态范围。通过有效地组合多个SPAD脉冲，SST技术相较于现有方法实现了显著提升，达到了7.5倍的增强。这一突破为长距离汽车LiDAR应用带来了新的可能性，解决了死时间瘫痪等问题，提高了对近距离高反射目标的检测能力。为了补充硬件开发，该团队还开发了一种强大的MATLAB模拟模型。该复杂模型通过考虑光子检测概率、像素配置、传感器吞吐量和偏置条件等多种参数，准确模拟了传感器的性能。利用模拟结果，研究人员能够确定不同像素配置下的最大成像距离，为传感器设计提供明智决策。2019年Henderson教授团队的合作研究是基于SPAD的汽车LiDAR系统领域的一项重大成就。他们的工作提升了LiDAR技术的能力，提供了更好的性能、增强的动态范围和更大的像素配置灵活性。随着对可靠且具有成本效益的自动驾驶系统需求的持续增长，这项研究的影响力不可低估。Henderson教授的团队与STMicroelectronics的合作为基于SPAD的LiDAR系统的未来突破铺平了道路。他们的发现为研究人员和从业者提供了宝贵见解，指导更高效和先进的自动驾驶技术的开发。这种合作研究的持久影响凸显了合作和创新在推动技术进步方面的力量。通过结合学术专业知识和行业经验，Henderson教授的团队与STMicroelectronics在基于SPAD的LiDAR系统方面取得了重要进展。可重配置的SPAD阵列，搭配SST技术和MATLAB模拟模型的支持，代表了实现更安全和更高效自动驾驶系统的重要一步。展望未来，这项合作研究的影响将继续塑造LiDAR系统的未来。这些具有变革性的发现将激发基于SPAD技术的更多进步，推动实现全自动驾驶车辆，并对整个汽车行业产生巨大的影响。

受神经形态计算并行处理能力的启发，多通道超构成像（meta-imaging）在成像系统的分辨率增强和边缘识别方面取得了相当大的进步，甚至扩展到中远红外光谱。目前典型的多通道红外成像系统由分离的光栅或合并的多个相机构成，这需要复杂的电路设计和巨大的功耗，阻碍了先进的类人眼成像器的实现。近期，由成都大学郭俊雄特聘研究员、清华大学Yu Liu、电子科技大学黄文教授和北京师范大学张金星教授领导的科研团队开发了一种由铁电超畴（superdomain）驱动的可打印石墨烯等离子体光电探测器阵列，用于具有增强边缘识别能力的多通道超构红外成像。通过直接重新调整铁电超畴而不是重建分离光栅，所制造的光电探测器在零偏压下表现出多光谱响应。与单通道探测器相比，研究人员所开发的多通道红外成像技术表现出更强和更快的形状分类（98.1%）和边缘检测（98.2%）。研究人员开发的概念验证光电探测器阵列简化了多通道红外成像系统，并为人脑型机器视觉中的高效边缘检测提供了潜在的解决方案。相关研究成果以“Type-printable photodetector arrays for multichannel meta-infrared imaging”为题发表在Nature Communications期刊上。基于“活字印刷式”多通道光电探测器阵列的红外成像使用铁电超畴打印的光电探测器的多通道超构红外成像技术方案如上图所示。与多个相机的合并不同，所提出的超构成像的像素点被设计为使用通过“活字印刷式”探测器实施的单个孔径实现并行多通道。通过将单层石墨烯和具有纳米级宽度条纹超畴的BiFeO₃ （BFO）薄膜集成，研究人员开发了一种简单的双端零偏压多通道阵列（MCA）探测器，用于超构红外成像。基于拉曼信号的载流子密度空间监测表明，通过重新调整铁电超畴可以实现石墨烯导电性的非均匀图案化。当工作在零偏压和室温下时，所开发的器件阵列在中红外区域表现出可调谐的透射光谱和选择性响应。“活字印刷式”等离子体光电探测器的制造和架构为了验证这种可打印架构的性能，研究人员通过重新调整铁电畴宽度（对应于活字印刷技术的排版过程）在同一BFO薄膜上制作了一个器件阵列。研究人员重点研究了石墨烯/ BFO超畴（不同宽度）混合结构的光谱响应。所开发的光电探测器实现了约30 mA W⁻ ¹ 的增强响应度和10⁹ Jones数量级的比探测率（D*）。“活字印刷式”光电探测器阵列的表征重要的是，研究人员展示了MCA光电探测器在红外成像应用中的集成，与单通道阵列（SCA）探测器相比，显示出对整体目标形状和边缘检测的更高识别精度，以及更快的训练和识别速度。“活字印刷式”探测器在手势红外成像和识别中的应用总而言之，通过将单层石墨烯和具有纳米级宽条纹超畴的BFO薄膜集成，研究人员开发了一种可打印的光电探测器阵列，证明了这种类型的器件阵列是为多通道超构红外成像应用而设计的，并实现了增强的边缘检测。所开发的可打印光电探测器在零偏压下工作，在室温下表现出约30 mA W⁻ ¹ 的高响应度。这可以归因于石墨烯等离子体与入射光的共振耦合。此外，器件阵列在中红外区域表现出选择性响应，这是通过在环境条件下直接重新调整BFO超畴宽度实现的。这项研究证明，通过在纳米尺度上改变铁电畴可精确控制石墨烯载流子密度。与依赖复杂纳米制造技术的传统器件相比，石墨烯片与不同衬底的兼容性提供了多种优势。此外，该研究还证明了MCA探测器可以增强红外成像中的形状和边缘检测。这些特性使得未来具有简单的电路设计和低功耗的集成光电子平台成为可能。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49592-4

2023年8月14日在比利时鲁汶，imec作为纳米电子学和数字技术领域的全球研发和创新中心宣布成功集成了固定光电二极管结构到薄膜图像传感器中。通过添加固定光电栅和传输栅,薄膜成像器超过一微米波长的吸收质量终于可以被利用,以一种成本效益的方式解锁感知可见光之外光线的潜力。检测可见光范围之外的波长,例如红外光,具有明显的优势。应用包括自动驾驶汽车上的摄像头,以“看穿"烟雾或雾霭,以及用于通过面部识别解锁智能手机的摄像头。虽然可见光可以通过基于硅的成像器检测,但需要其他半导体材料来检测更长的波长,比如短波红外线(SWIR)。使用III-V材料可以克服这一检测局限。然而,制造这些吸收体的成本非常高,限制了它们的使用。相比之下,使用薄膜吸收体(如量子点)的传感器最近出现为一个有前景的替代方案。它们具有良好的吸收特性和与传统CMOS读出电路集成的潜力。尽管如此,这种红外线传感器的噪声性能较差,导致图像质量较差。早在20世纪80年代,固定光电二极管(PPD)结构就在硅CMOS图像传感器中引入。该结构引入了一个额外的晶体管栅极和一个特殊的光检测器结构,通过该结构, charges可以在积分开始前全部排空(允许在没有kTC噪声或前一帧影响的情况下复位)。因此,由于噪声更小、功耗性能更好,PPD主导了基于硅的图像传感器的消费者市场。 在硅成像之外,至今还不可能集成此结构,因为难以混合两种不同的半导体系统。现在,imec在薄膜图像传感器的读出电路中成功集成了PPD结构。 一种SWIR量子点光电检波器与一种氧化铟镓锌(IGZO)薄膜晶体管单片集成成PPD像素。 随后,该阵列被进一步处理在CMOS读出电路上以形成一个完整的薄膜SWIR图像传感器。 imec的“薄膜固定光电二极管"项目负责人Nikolas Papadopoulos 表示:“配备4T像素的原型传感器表现出显着低的读出噪声6.1e-,相比之下,传统的3T传感器超过100e-,证明了其良好的噪声性能。" 因此,红外图像的拍摄噪声、失真或干扰更小,准确性和细节更高。imec像素创新项目经理Pawel Malinowski补充说:“在imec,我们正在红外线和成像器的交汇处处于地位,这要归功于我们在薄膜光电二极管、IGZO、图像传感器和薄膜晶体管方面的综合专业知识。通过实现这一里程碑,我们克服了当前像素架构的局限性,并展示了一种将性能最佳的量子点SWIR像素与经济实用的制造方法相结合的方法。下一步包括优化这项技术在各种类型的薄膜光电二极管中的应用,以及扩大其在硅成像之外的传感器中的应用。我们期待通过与行业伙伴的合作进一步推进这些创新。“研究结果发表在2023年8月《自然电子学》杂志"具有固定光电二极管结构的薄膜图像传感器"。初步结果在2023年国际图像传感器研讨会上呈现。原文: J. Lee et al. Thin-film image sensors with a pinned photodiode structure, Nature Electronics 2023.摘要使用硅互补金属氧化物半导体技术制造的图像传感器广泛应用于各种电子设备,通常依赖固定光电二极管结构。 基于薄膜的光电二极管可以具有比硅器件更高的吸收系数和更宽的波长范围。 但是,它们在图像传感器中的使用受到高kTC噪声、暗电流和图像滞后等因素的限制。 在这里,我们展示了具有固定光电二极管结构的基于薄膜的图像传感器可以具有与硅固定光电二极管像素相当的噪声性能。 我们将一种可见近红外有机光电二极管或短波红外量子点光电二极管与薄膜晶体管和硅读出电路集成在一起。 薄膜固定光电二极管结构表现出低kTC噪声、抑制暗电流、高满量容和高电子电压转换增益,并保留了薄膜材料的优点。 基于有机吸收体的图像传感器在940 nm处的量子效率为54%,读出噪声为6.1e–。

由于背照式CCD阵列(Back thinned CCD Array)具有量子效率高，动态范围大，暗噪声低，紫外区与近红外区响应好等优点，因此非常适合于200-1100nm范围的检测需要。但由于其造价昂贵，长期以来只能作为大多数阵列式光谱仪生产厂家的高端产品存在，无法得到大范围的应用。目前，美国必达泰克公司(B&W TEK INC.)通过不懈努力，利用目前最新的背照式CCD阵列，已成功开发出全球第一台新一代背照式CCD阵列光谱仪(BRC641E),将背照式CCD阵列光谱仪带入了大众价位。该光谱仪采用了最新的2048× 1 等效元的背照式CCD阵列，动态范围可达5200:1。该光谱仪还采用了全息平场凹面光栅结构，大大地降低了杂散光，并大大增强了紫外区和近红外区的信号。同时由于采用的CCD阵列在横向上具有2048元像素，远大于以往的背照式CCD阵列的像素数量，也为高分辨率的需求提供了保证。该光谱仪采用光纤接口，配置灵活，能够根据不同的需要搭建成不同的光谱检测平台，而其高灵敏度也使其成为了紫外吸收、荧光与拉曼检测的理想选择。与传统的背照式CCD阵列相比，其价格远低于传统背照式CCD阵列光谱仪，虽然其缺少了传统背照式CCD阵列的致冷控温功能，但由于其具有暗噪声自动补偿功能，完全可以满足大部分科研工作和工业应用的需要。 美国必达泰克公司(B&W TEK INC.)一直致力于开发高性价比的阵列式光谱仪与激光器，目前已拥有近百款采用不同的阵列式检测器的光谱仪产品，波长范围覆盖190-2500nm。目前该公司正在自主研究开发其他型号以满足不同的应用需要，有望在近期内完成。届时相信将会给广大阵列式光谱仪的用户们一个更大的惊喜。

微芯片电化学检测系统（microchip-based electrochemical detection system, µEDS），是一种基于电化学方法与微流控技术的检测平台，其具有高灵敏度、极少试剂消耗、快速检测、可适性高、自动化等优点，常用于现场实时应用场景，比如床边检测等。此类芯片中核心组件是微电极，其检测性能尤为关键。传统的微电极主要是二维或平面式的结构，如环状、带状、平板式。另一方面，具有三维结构的微电极因其更大的反应面积和优异的检测灵敏度已获得越来越多研究学者的关注。微尺度3D打印技术的出现，使得三维微柱阵列电极的实现变得更加便捷、快速、高效。PμSL（Projection Micro Stereolithography，面投影微立体光刻）是一种面投影微尺度超高精度光固化增材制造技术，使用高精度紫外光刻投影系统，将需要打印的三维模型分层投影至树脂液面，分层光固化成型并逐层累加，最终从数字模型直接加工得到立体样件。该技术具有打印精度高、跨尺度加工、成型效率高、制造成本低等突出优势，被认为是目前最具有前景的三维微细结构加工技术之一。图1：PμSL技术原理示意图通过结合软光刻以及金属沉积技术，PμSL微尺度 3D打印技术近期在电化学检测领域取得系列成果。其中的微电极的制备过程大致为：通过PμSL微尺度3D打印技术打印得到三维微柱阵列模具，然后通过PDMS二次翻模得到PDMS材质的三维微柱阵列，最后再经过磁控溅射等金属沉积方式将金属比如金沉积在三维微柱结构的表面作为导电层以形成最终的微柱电极。此外，还可选择性地在电极表面修饰Pt-Pd/多层碳纳米管等其他改性物质以提高电化学检测性能。研究一：基于微柱阵列电极的生物标记物高灵敏度检测研究摘要：微柱阵列电极因其高质量运输、低检测极限以及微型化的特点被广泛用于电化学检测领域。该研究工作阐述了表面镀金的PDMS基微柱阵列电极的制备、数值仿真、表面改性以及表征。9×10的微柱阵列排布在0.09cm2的区域内，其中微柱的高度分别为100 μm，300 μm 和500 μm。微柱阵列电极是使用PμSL微尺度3D打印技术与软光刻相结合的方法制备而得，通过SEM和循环伏安法进行表征测试。实验结果显示，无论扫描速率的高低，高度值更大的微柱有利于提高电流密度。Pt-Pd/多层碳纳米管材料涂覆可进一步提高微柱阵列电极的电化学检测性能。相较于平板式电极，微柱阵列电极的电化学检测灵敏度是前者的1.5倍。高度500 μm的Pt-Pd/多层碳纳米管改性的微柱阵列电极可用于检测肌氨酸（一种前列腺癌的生物标记物），其线性范围和检测极限分别是5-60 μM 和1.28 μM。这个检测范围覆盖了肌氨酸在人体组织的浓度区间（0-60 μM）。因其更高的微柱高度和更大的比表面积，微柱阵列电极比平板式电极获得了更好的检测性能。该研究工作为高检测灵敏度的微柱阵列电极在低丰度分析物的检测应用提供了有效的指导。图2：微柱阵列电极的制备过程示意图及改性电极和电化学检测中典型的三电极式简易传感装置研究二：动态微流体中微柱阵列电极的电化学检测研究摘要：高集成度、高灵敏度、快速分析、极小的试剂消耗等优点促使µEDS备受学术界的关注。微小化的工作电极是µEDS的核心部件，其性能决定了整个µEDS的检测表现。相比于传统的微电极形貌，如带状、环状、圆片状，三维微柱阵列电极因其更大的反应面积，具有更高的响应电流和更低的检测极限。在该研究工作中，采用数值仿真研究了µEDS的检测性能以及三维微柱的形貌和流体的动力学参数，包括微柱的形状、高度以及排列方式和反应溶剂的流速。µEDS的尾端效应在基于预设的电流密度参数下也进行了定量分析。此外，通过结合PμSL微尺度3D打印技术与软刻蚀的方法制备的PDMS基三维微柱阵列电极与微通道集成，用于研究电化学检测。循环伏安法和计时电流法测试的结果表明，实验数据与模拟数据吻合较好。此研究为µEDS的参数设计提供了指导性建议，所使用的方案亦可适用或借鉴于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nanochip-based electrochemical detection system, nEDS）。图3：μEDS和微柱阵列的示意图以及微柱阵列的形貌参数上述研究中微柱电极结构模具均采用PμSL微尺度3D打印技术加工，所采用的加工设备均为摩方精密（BMF, Boston Micro Fabrication）公司10 μm光学精度设备P140，其最大打印尺寸为19.2mm (L)×10.8mm (W)×45mm (H)，打印层厚为 10~40 μm。图4：BMF公司10微米系列精度设备P140/S140官网：https://www.bmftec.cn/links/10

微芯片电化学检测系统（microchip-based electrochemical detection system, μEDS），是一种基于电化学方法与微流控技术的检测平台，其具有高灵敏度、极少试剂消耗、快速检测、可适性高、自动化等优点，常用于现场实时应用场景，比如床边检测等。此类芯片中核心组件是微电极，其检测性能尤为关键。传统的微电极主要是二维或平面式的结构，如环状、带状、平板式。另一方面，具有三维结构的微电极因其更大的反应面积和优异的检测灵敏度已获得越来越多研究学者的关注。微尺度3D打印技术的出现，使得三维微柱阵列电极的实现变得更加便捷、快速、高效。PμSL（Projection Micro Stereolithography，面投影微立体光刻）是一种面投影微尺度超高精度光固化增材制造技术，使用高精度紫外光刻投影系统，将需要打印的三维模型分层投影至树脂液面，分层光固化成型并逐层累加，最终从数字模型直接加工得到立体样件。该技术具有打印精度高、跨尺度加工、成型效率高、制造成本低等突出优势，被认为是目前最具有前景的三维微细结构加工技术之一。图1：PμSL技术原理示意图通过结合软光刻以及金属沉积技术，PμSL微尺度 3D打印技术近期在电化学检测领域取得系列成果。其中的微电极的制备过程大致为：通过PμSL微尺度3D打印技术打印得到三维微柱阵列模具，然后通过PDMS二次翻模得到PDMS材质的三维微柱阵列，最后再经过磁控溅射等金属沉积方式将金属比如金沉积在三维微柱结构的表面作为导电层以形成最终的微柱电极。此外，还可选择性地在电极表面修饰Pt-Pd/多层碳纳米管等其他改性物质以提高电化学检测性能。研究一：基于微柱阵列电极的生物标记物高灵敏度检测研究摘要：微柱阵列电极因其高质量运输、低检测极限以及微型化的特点被广泛用于电化学检测领域。该研究工作阐述了表面镀金的PDMS基微柱阵列电极的制备、数值仿真、表面改性以及表征。9×10的微柱阵列排布在0.09cm2的区域内，其中微柱的高度分别为100 μm，300 μm 和500 μm。微柱阵列电极是使用PμSL微尺度3D打印技术与软光刻相结合的方法制备而得，通过SEM和循环伏安法进行表征测试。实验结果显示，无论扫描速率的高低，高度值更大的微柱有利于提高电流密度。Pt-Pd/多层碳纳米管材料涂覆可进一步提高微柱阵列电极的电化学检测性能。相较于平板式电极，微柱阵列电极的电化学检测灵敏度是前者的1.5倍。高度500 μm的Pt-Pd/多层碳纳米管改性的微柱阵列电极可用于检测肌氨酸（一种前列腺癌的生物标记物），其线性范围和检测极限分别是5-60 μM 和1.28 μM。这个检测范围覆盖了肌氨酸在人体组织的浓度区间（0-60 μM）。因其更高的微柱高度和更大的比表面积，微柱阵列电极比平板式电极获得了更好的检测性能。该研究工作为高检测灵敏度的微柱阵列电极在低丰度分析物的检测应用提供了有效的指导。图2：微柱阵列电极的制备过程示意图及改性电极和电化学检测中典型的三电极式简易传感装置论文信息：DOI: 10.1039/d0ra07694e.研究二：动态微流体中微柱阵列电极的电化学检测研究摘要：高集成度、高灵敏度、快速分析、极小的试剂消耗等优点促使μEDS备受学术界的关注。微小化的工作电极是μEDS的核心部件，其性能决定了整个μEDS的检测表现。相比于传统的微电极形貌，如带状、环状、圆片状，三维微柱阵列电极因其更大的反应面积，具有更高的响应电流和更低的检测极限。在该研究工作中，采用数值仿真研究了μEDS的检测性能以及三维微柱的形貌和流体的动力学参数，包括微柱的形状、高度以及排列方式和反应溶剂的流速。μEDS的尾端效应在基于预设的电流密度参数下也进行了定量分析。此外，通过结合PμSL微尺度3D打印技术与软刻蚀的方法制备的PDMS基三维微柱阵列电极与微通道集成，用于研究电化学检测。循环伏安法和计时电流法测试的结果表明，实验数据与模拟数据吻合较好。此研究为μEDS的参数设计提供了指导性建议，所使用的方案亦可适用或借鉴于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nanochip-based electrochemical detection system, nEDS）。图3：μEDS和微柱阵列的示意图以及微柱阵列的形貌参数论文信息：DOI:10.3390/mi11090858.上述研究中微柱电极结构模具均采用PμSL微尺度3D打印技术加工，所采用的加工设备均为摩方精密（BMF, Boston Micro Fabrication）公司10 μm光学精度设备P140，其最大打印尺寸为19.2mm (L)×10.8mm (W)×45mm (H)，打印层厚为 10~40 μm。图4：BMF公司10微米系列精度设备P140/S140

飞博盖德为双子南座天文望远镜制造光纤阵列。2016年2月18日，美国新泽西州的斯特灵市传来消息，英国豪迈的定制光纤品牌“飞博盖德”（www.fiberguide.com.cn）已经在新双子南座天文望远镜（GHOST）中制造光纤阵列。澳洲天文台（AAO）是该项目的建造商和领导机构。飞博盖德的光纤阵列采用了最先进的制造技术，此次项目中的光纤阵列采用的就是这项技术。由飞博盖德生产的高质量、高性能的光纤阵列成为该项目成功的关键。届时，双子南座天文望远镜将配备双目标大面积全波长光谱望远镜，其覆盖范围介于363~950 nm，分辨率介于50000~75000。新的双子南座天文望远镜由澳洲天文台建造。每根飞博盖德的光纤均携带一部分来自星体的光束，从而尽量减少了因大气模糊造成的损失。通过采用飞博盖德专有的制造技术，以及其在天文学、安全和数据通信类型光纤阵列的丰富经验，可以减少传统光纤的指向误差和插入损耗等问题。新的天文观测仪器可使观察者更高效地观测夜空。双子南座天文望远镜的项目负责人安德鲁?舍伊尼斯说：“双子南座望远镜是世界上最大也是最成功的世界级双子望远镜仪器，而飞博盖德的光纤一直是澳洲天文台在望远镜科技发展中不可或缺的组成部分。一旦该项目交付，双子南座望远镜将为我们提供更多了解宇宙的机会，例如发现与研究太阳系外行星”。双子南座天文望远镜能够为了解双子南座天空提供无与伦比的便利，并进一步加强认识宇宙的机会。欲详细了解飞博盖德的应用于天文的产品，或光纤阵列和光纤束建设的专门知识，请访问飞博盖德的中文官方网站。关于飞博盖德和英国豪迈：美国飞博盖德工业有限公司（Fiberguide）生产多种工业标准的和按需定制的高传输光纤和超精密光阵列。公司经过美国食品和药品管理局登记注册，被确定为合同制造商和定制设备制造商。飞博盖德的光纤工厂位于美国新泽西州的斯特林（Stirling），同时在爱达荷州的卡德维尔（Caldwell）也有制造/装配厂。飞博盖德是英国豪迈（Halma）的子公司，隶属于豪迈的环境与分析事业部。1894年创立的英国豪迈如今是全球安全、医疗、环保产业的投资集团，伦敦证券交易所的上市公司，富时指数的成分股。集团在全球有5000多名员工，近50家子公司，在中国的上海、北京、广州、成都和沈阳设有代表处，并在多地建立了工厂。欲了解更多公司信息，请关注英国豪迈官方微博（www.weibo.com/halma）和官方微信（HALMACHINA）。业务合作联系人：谈理（Teddy Tan）飞博盖德大中华区销售经理电话：021 - 60167698邮箱：ttan@fiberguide.com媒体联络联系人：陆瑶 （Lucas Lu）英国豪迈中国区公关经理电话：021 - 60167667电邮：lucas.lu@halma.cn

摘要：拉曼光谱一直使用“点测量”的方式，简智仪器利用自身元器件级设计研发能力，率先推出“面测量”方式的便携式拉曼光谱产品，在不降低拉曼信号强度的情况下，实现厘米级检测范围。在检测区域内，激光能量均匀分布，不仅轻松实现非均匀混合物的准确检测，还彻底杜绝引燃引爆危险品、或灼烧损坏样品的风险。“点”到“面”的突破，将大幅扩大拉曼光谱技术的应用范围，助力拉曼技术更好的在应用实践中推广。拉曼光谱进入“面检测”新时代。简智仪器即将推出全球首款搭载MOEMS阵列光斑检测技术的手持式拉曼光谱仪。近年来，拉曼光谱在食品安全、公共安全、生物医药、材料化工、高价值物品鉴定等快速检测领域被广泛应用。拉曼光谱具备诸多优点，无损、便捷、快速、稳定、准确，因此拥有非常大的发展潜力和应用前景，很多厂家也先后推出了各种拉曼产品，实现了很多应用突破，但在拉曼底层原理上，一直没有太大的突破和进展。我们知道，拉曼光谱测量有一个显著特征就是“点测量”，即拉曼光谱的测量位置为一个直径在0.1毫米的“点”。这样的点测量方式可以保证最大的拉曼光谱收集效率，对于一些特定应用是非常方便的，比如需要对天然宝石中的包裹体进行研究，或者体积较小的物体（如20ct以下的钻石）。但在有些时候，高聚焦反而是一种缺陷，甚至变成阻碍拉曼光谱技术在应用中推广的障碍。 传统拉曼缺陷一：引燃引爆危险品、灼烧损坏样品由于单点聚焦方式下，激光功率过于集中，而深色样品又会吸收大部分的激光能量转化为热量，因此在测量深色样品时候，本来“无损”的拉曼光谱，反而变成了“引爆器”、“导火索”。以目前市面上常见的便携式/手持式拉曼光谱仪为例，为了保证测量效果，一般激光功率为250-500mw，焦斑直径约0.1mm。这样的功率密度，足以立刻引爆黑火药、烟火药等常见炸药，也可以引燃深色塑料、纺织品，甚至在测量贵重文物珠宝时，也会造成一些样品的损坏（如绿松石、珊瑚、字画等）。传统拉曼测量深色样品，样品灼烧冒烟3 Moems阵列光斑安全检测技术诞生我们知道，聚焦测量下拥有最高的拉曼光谱收集效率，而低功率密度和非均匀固体测量都需要有较大的检测面积，那么，在检测面积和光学效率上，是否可以二者兼得呢？简智仪器利用自身元器件级的设计研发能力，率先推出MOEMS阵列光斑检测技术，实现拉曼光谱测量方式“点”到“面”的重大突破！简智仪器研发人员的设计灵感来自于复眼昆虫，其拥有上百个“小眼睛”，每个小的眼睛均可独立成像，通过复眼结构，昆虫能获得了更高的视野和反应速度。如果像复眼一样，有无数个小透镜同时对激发光聚焦，我们就可以在透镜的焦平面将激发光平均分配为很多份。每个小的透镜都是一套独立的光学系统，光谱仪狭缝和样品激发位置构成物象共轭关系。由于小透镜位置不同，我们可以把检测点覆盖在一个很宽的范围同时检测，解决了拉曼检测实际上只能进行“点测量”的问题。 这就是简智仪器通过研究率先推出的MOEMS 阵列光斑检测技术，不止解决了拉曼光谱高聚焦容易引起样品的灼烧的问题，同时实现了拉曼检测技术从“点测量”到“面测量”的突破。简智仪器依托自身元器件级的研发设计能力，突破重重设计和工艺难点，将传统拉曼中使用的单一透镜，优化为阵列微透镜，然后再做对应的光路系统的优化，研发出来的复眼仿生的MOEMS拉曼探头，实现将检测范围扩大为厘米量级！而光点能量降低1-2个数量级，并且在检测范围内，均匀分布上百个聚焦光斑点；并且每个光斑点，保持了高数值孔径，在不显著降低接收效率的前提下，又均匀地分摊了激光照射功率，可以对样品进行大面积检测。 全球首款特别是在测量危险样品时，由于单点功率低于5mw，因此，绝 对 安 全。彻底杜绝拉曼光谱灼烧损坏样品，或者引燃引爆危险品的可能性！并且在均匀分摊激光功率的同时，保持超高拉曼接受效率，不会因为测量深色物体而导致信号恶化无法正确分辨。简智仪器有信心，MOEMS将成为下一代便携式拉曼光谱的常态性必配技术。 简智仪器在现场快检技术发展高峰论坛暨2019简智新品发布会上发布该项新科技，为拉曼光谱底层核心技术革新拉开了序幕，拉曼光谱进入“面检测”新时代。简智仪器即将推出全球首款搭载MOEMS阵列光斑检测技术的手持式拉曼光谱仪。敬请期待。全球首款MOEMS阵列光斑手持式拉曼光谱仪简智国家标准起草单位航天级产品供应商拉曼光谱技术变革推动者拉曼快检领军企业

色谱仪作为复杂物质的分离工具，在日常化合物的分离分析中发挥了巨大的作用，多数色谱仪属于一维色谱，适合于含几十至几百个物质的样品分析。随着现代科技的进步，传统的一维色谱分离方式已经不能满足人们对诸如天然产物、中药药物和蛋白质组等的常规分离，迫切需要更高效的分离方式来完成复杂样品精细分离的需要。因此，能够提供更大峰容量和更高分辨率的多维色谱技术日益受到人们的关注。相对于一维色谱分离而言，多维色谱分离具有更高的峰容量。从本质上说，多维色谱就是简单的一维色谱加复杂的阀切换技术。　　目前，发展速度较快的多维色谱技术包括：全二维气相色谱、多维高效液相色谱、高效液相—毛细管电泳多维色谱、高效液相—气相多维色谱和多维超临界流体色谱等。近年来，国内外有些仪器公司陆续推出了一些多维色谱仪，但主要是二维色谱仪。例如岛津、沃特世、SCIEX、安捷伦和赛默飞等，其中赛默飞和SCIEX推出的二维液相色谱仪主要应用于蛋白质组的分析。安捷伦和沃特世推出的二维液相色谱仪，其使用主要集中在药物小分子的筛选。在已商品化的全二维气相色谱中，LECO 全二维气相色谱结合chromaTOF 软件，一次可解析大于100000个峰，降低了研究领域的谱峰解析难度。同时，国内色谱专家在阵列多维色谱系统的设计和应用上也有了杰出的研究成果。　　近期，仪器信息网编辑就多维色谱目前发展状况、技术优势及未来产业化前景等内容与国内较早开始研究多维色谱技术的复旦大学化学系张祥民教授进行了深入的交流。　　多维色谱破解蛋白组学研究密码　　多维色谱技术包括二维色谱、三维色谱等高维色谱，近年来其应用越来越广泛。张祥民介绍，多维色谱不是简单的将每个柱子接起来。多维色谱指的是第一维分离出来数十到上百个馏分后，第二维相当于把第一维做出来的每个馏分再重新做一遍，以此类推。例如汽油，一维色谱可以分出来三、四百个组分，两维色谱其组分可以达数千，有学者曾用三维色谱去分，其组分可达六千多个。起初，张祥民教授团队提出用多维色谱技术来做中药成分分析。由于中药成分较为复杂，其中活性成分较难确定。通过多维色谱和高效毛细管电泳的结合，可以将中药里上千个馏分分离出来，这样就可以很好的鉴别不同中药里组分的活性和差异。复旦大学是最早建立多维色谱仪器系统并作为新技术手段用于解决实际问题的单位之一，这主要得益于复旦大学良好的仪器研发基础。　　20世纪90年代，作为功能基因组学的重要支柱——蛋白质组学的出现，使得多维色谱的研究成为新的研究的热点。蛋白质组传统的研究方法是采用双向凝胶电泳分析。在双相凝胶电泳分析中，一维用来跑等电聚焦，另一维用来跑分子量，两维组合起来就可以将蛋白点分离出来。蛋白质组刚出来时几乎都在用这个方法做。双相凝胶电泳虽然可以分离出来几千个蛋白组分，但其工作量较大，难以实现自动化。张祥民谈到，起初其复旦大学研究团队使用双向电泳凝胶技术鉴定人肝中的蛋白质，团队三十几个人需要花费一两个月才能鉴定两千多个蛋白出来，过程中耗费了大量的人力和物力。现在采用多维色谱技术对蛋白质组进行分离鉴定一个人仅需要几个小时可鉴定5000-8000个蛋白，而且花费仅为数千元。多维色谱技术的突破迅速推动了生物医学难题的解决，例如重大疾病和各种癌症中的重大技术瓶颈问题。通过采用多维色谱技术可以寻找到一些关键蛋白质分子、疾病标志物和药靶蛋白，从而实现临床上的疾病诊断和新的治疗药物的发现。　　目前，多维液相色谱技术已广泛的运用到由小分子到大分子的分离分析中，其商品化的色谱仪器日益完善。同时，研制我国自主知识产权的关键设备，开发相应的分离分析方法已成为当下值得关注的焦点之一，也是提高我国科技能力的一个重要方面。现阶段，尽管新技术新方法不断涌现，但是还不能完全满足实际应用的需要，尤其是缺少蛋白质组学中核心技术设备和应用于临床疾病研究的创新技术方法。然而，随着多维色谱分离技术的提高，分离方法不断进步，具有高通量高分离能力的多维色谱必将在蛋白质组学等领域发挥更大的作用。　　国内多维色谱研究的开创者　　张祥民于1986年进入中科院大连化学物理研究所工作，师从卢佩章院士和张玉奎院士。1994年张祥民进入复旦大学，从事博士后研究工作，后留复旦大学化学系工作至今。目前，张祥民为复旦大学化学系和复旦生物医学研究院双聘教授。还历任中国化学学会理事、中国化学会色谱专业委员会委员、中国色谱学会常务理事、中国分析仪器学会常务理事、中国蛋白质组学会理事、上海市分析测试协会副理事长, 并担任Proteomics, Anal Bioanal Chem (ABC)和《色谱》杂志编委等。　　张祥民课题组是国内最早开始研究多维色谱技术的团队之一，其多项有关多维色谱技术的论文发表在国内外高水平的期刊杂志上。目前，张祥民课题组主要依托于复旦大学化学系、生物医学研究院和教育部创新科学仪器工程研究中心，课题组实验室共有三十余名科研人员从事多维色谱技术的研究。迄今为止，张祥民课题组累计发表SCI论文230多篇，申请发明专利50多项，获得2项教育部自然科学奖。复旦大学化学系和复旦生物医学研究院双聘教授张祥民　　从原理上对传统技术发起挑战　　目前，国内分析仪器企业与国外公司相比体量还比较小，主要提供的是中低端仪器和量大面广的产品。因此，国内分析仪器生产企业对新型的仪器研发投入热情很高，但也存在心有余力不足的局面。上海市科委从“十五”到“十二五“一直对分析仪器行业有持续的资金投入，张祥民教授课题组参与承担了一系列仪器攻关项目研究，与企业开展产学研联合开发，先后与上海精科、舜宇恒平、上海天美等仪器公司合作，研发了十多种新型分析仪器，取得了一批创新技术成果。近年来国家开始逐步加大对国内分析仪器研发的支持力度，特别是“十二五“期间一些国家重大科学仪器开发专项资金的投入力度很大，一改研发资金不足的处境，这些资金的投入已经产出了大批先进的仪器和制造技术，相信国内分析仪器未来在仪器研发和创新上会有很大的发展和突破。张祥民谈到，“我们起初研发色谱仪器的想法很简单，主要是基于前沿研究课题需要和一些生产实际过程中的急需。因为商品仪器不能满足要求，在没有充足的购置经费时，创新便成为必要的选项。然而，创新色谱仪器的研制也不是想象的那么复杂，设计原理新、技术方案简单、成本低是前提，于是就根据需要自己搭建一套。“　　发明的热膨胀泵就是典型的案例之一。色谱泵是色谱仪中运动部件最多，机械磨损最严重、较容易出故障的设备。色谱泵作为色谱仪的核心部件，其性能的好坏直接影响整个仪器和分离的可靠性。张祥民课题组研发的全新色谱泵——微流高压梯度热膨胀泵，采用一种全新的原理，其样机已成功应用于高效毛细管液相色谱与质谱联用仪器中，并得到安捷伦等国际企业研发机构的关注。由于液体具有热胀冷缩的特点，当温度升高时，毫升级密闭加热腔内液体体积就会有纳升到微升级的微小膨胀，从而溢出密闭加热腔，实现流量输出。热膨胀泵是以密闭腔体内液体受热体积膨胀为驱动力，从而实现流体定向输出。张祥民谈到，热膨胀泵的特别之处在于：从原理上还没有相关的商品化仪器。根据得到的理论方程，热膨胀泵只要精密控制好其温度和升温方式就可以保证过程中流量的恒流输出。热膨胀泵最大的优势是整机中几乎没有机械运动的部件，运行中听不到任何噪声，但其输出的压力却可以很高，可达到100 MPa。同时，热膨胀泵可以很好的避免传统泵中活塞杆、单向阀和密封环等部件在系统运行过程中损耗产生的费用，其成本比传统色谱仪低3~5倍。　　“阵列”与“多维”的完美结合　　阵列多维色谱仪研制的想法源于实验过程中的需要，是为实验而服务的。阵列多维色谱仪中的“阵列”代表着多通道和同时分离。2003年复旦大学蛋白质组研究团队购买了一台最快的TOF-TOF串联飞行时间质谱仪，其激光打谱的频率可以达到每秒两百张图，传统的多维色谱分离速度明显跟不上该仪器对蛋白质的鉴定需求。张祥民谈到，传统多维色谱遇到的最大问题是分析样品速度较慢，尽管目前已有超高压液相色谱，但总体来说分离速度还是受到限制。例如，从第一维色谱中分离出100个组分，如果每个组分分离需要1小时，那么第二维分离将达到100小时，时间太长。如果将多维色谱后一维做成阵列式，那么仪器运行过程就可以平行进行，从而使得效率成倍增加。基于此，张祥民课题组研制了一台18通道的阵列多维色谱仪，其分离速度提高18倍，可以与飞行时间质谱仪很好的进行匹配，大大缩短了实验过程中的分析时间。图1. 阵列式多维液相色谱分离系统工作原理图。详见Anal. Chem. 2016, 88,2440-2445和《分析化学》 2015, 43: 1472-1478。(1) HPLC梯度泵 ；（2）六通阀；(3)第一维分离柱；(4)紫外检测器；(5) 10通道顺序切换阀；(6）三通；（7）第二维阵列预柱；（8）8通道分流器；（9）第二维阵列分离柱；（10）96孔板。　　目前，阵列多维色谱仪技术瓶颈问题已经得到解决。其中的关键技术已经在团队承担的国家973项目和国家863专项的实施过程中得到全面的发展、完善和实际应用。以刚刚完成开发工作的国际最先进的阵列式多维液相色谱仪器为例，张祥民教授的团队利用该仪器在人血浆高丰度蛋白去除方面取得了新的技术突破。这项成果于近日已发表在《Analytical Chemistry》上。 图2. 阵列多维液相色谱仪器系统。下图为阵列色谱系统照片，组件依次为第一维高效液相色谱泵，第二维高效液相色谱泵、阵列多维切换系统、阵列色谱柱组件，阵列馏分收集仪和系统自动化控制系统。上部分左边为阵列色谱捕集柱、分析柱及其连接流路，右边为阵列馏分收集系统结构图。　　对于人血浆样品的蛋白组分析，一个重大挑战是大量高丰度蛋白存在掩盖了人们最感兴趣的低丰度蛋白的信号。为此，必须使用免疫亲和柱来处理血浆样品，利用抗体来捕获血浆中的高丰度蛋白，并将它们去除掉。但是，实验过程发现，去除高丰度蛋白的同时大量附着的低丰度的蛋白也一同被除掉。而且，目前这类商品化亲和柱最多只能去除20个高丰度蛋白质。为了解决这些问题，张祥民教授的团队研究开发了这台阵列式的多维色谱仪器，第一维采用阴离子交换色谱(SAX)，第二维采用8支反相液相色谱(RPLC)柱和8支蛋白捕集柱，开展了多循环并行分离。血浆高丰度蛋白的去除时间，由以往的一个星期缩短到四个小时，鉴定蛋白的浓度范围达9个数量级，一次可去除84个高丰度蛋白。与免疫亲和柱的方法相比较，获得蛋白质鉴定数量有大幅提高。在实际样品分析中，可鉴定出1332到1955个蛋白，包括一些丰度极低的膜体趋化因子、雄激素受体和肌苷脱氢酶等含量低至0.01 ng/mL的蛋白质。已经能够满足临床常见的疾病标志物甲胎蛋白(AFP)等标志分子检测需要。　　阵列多维色谱仪市场还需培育，其应用前景广阔　　在产业化过程中，阵列多维色谱仪也遇到的不少问题主要是市场的培育。由于阵列多维色谱技术比较新颖，因此前期需要市场培育和宣传，投入资金较多。此外，阵列多维色谱不像传统二维色谱可在线与质谱仪连接，它需要和高通量质谱联用匹配。但是，随着分析样品越来越复杂，高通量的阵列多维色谱仪将迎来快速发展阶段。张祥民谈到，例如多维色谱技术，出现好多年一直没有多少人去使用，近些年随着生命科学发展，需要解决的问题越来越复杂，特别是各种组学研究如蛋白组、代谢组等复杂体系的分离问题解决不了，因此多维色谱技术被派上大用场。阵列多维色谱也是这样，它的普及尚需要一个过程，但最后肯定会商品化，同时被广大用户所广泛使用。 采访编辑：郭晓东