必达泰克:发展移动光谱 便携和手持拉曼的领导者

2017-7-13 09:37:11 来源: 分析测试百科
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  分析测试百科网讯,近年来,制造企业原材料检验,食品药品市场监督和打假,考古,法医,临床等领域的移动光谱应用层出不穷,越来越广泛。移动光谱产品体积越来越小,性能越来越强悍。在不远的将来,光谱仪还将同智能手机、可穿戴设备结合,变成我们每个人的眼睛去洞察大千世界。近日,分析测试百科网采访了移动光谱尤其是便携及手持拉曼的领先企业——必达泰克(B&W TEK)公司,亚太营销经理和应用科学家Philip Zhou(周华)先生,市场经理Daniel Rau(饶承恩)先生一同为我们介绍了必达泰克的成长经历,并描述了移动光谱令人激动的应用前景,希望对广大网友有启发……

  BWTEK亚太营销经理和应用科学家Philip Zhou(右二),市场经理Daniel Rau(中)和分析测试百科网工作人员合影

必达泰克贡献:3年让全球拉曼市场翻番

  1997年,王晓路博士在美国特拉华州创办必达泰克公司,最初从激光器产品起步。2001年,Jack Zhou博士(现任CEO)加入后开始发展光谱检测设备。2003年起开发便携式拉曼光谱仪系统,并大力开展OEM业务。Daniel Rau谈到此很兴奋地说:“2003年前,全球一共只有10,000台拉曼光谱仪的保有量;2003年我们推出便携式拉曼后3年内自己出货就达10,000台;这意味着3年时间,必达泰克让全球的拉曼光谱仪直接翻倍了。从出货量看,必达泰克毫无疑问就是全球最大的拉曼光谱供应商。”

  2006年开始,必达泰克开始生产自己品牌的便携拉曼光谱仪,2011年开始发展手持式拉曼,2015年开始推出LIBS产品。必达泰克的发展围绕5大产品主线:(1)激光器,包括分析仪器和医疗用的激光器。(2)小型光纤光谱仪,不断创新的基础工业型产品。(3)便携拉曼和手持拉曼,在便携拉曼领域,每两年更新一代产品,始终保持技术领先;2011年开始推出手持拉曼,如享誉制药业的NanoRam®和安全领域的TacticID®。(4)LIBS产品线用于元素分析领域。(5)近红外,主要为合作伙伴提供OEM产品,由必达泰克提供硬件平台,合作伙伴开发应用。

  Philip Zhou(周华)毕业于华东理工大学,2005年加入必达泰克光电科技(上海)有限公司,从软件、测试、应用到销售,周华和中国分公司一起成长,2012年调入美国总部工作,负责整个亚太区的业务。Daniel Rau于2013年加入必达泰克,在大规模推广手持拉曼的工作中业绩显著,现任全球市场经理。特别值得一提的是,Daniel的中文非常流利发音标准给人非常深刻的印象。Daniel表示,2013年大规模推广NanoRam手持拉曼,主要针对药厂的原料药检测;2014年主推针对安全检测方面的TacticID手持拉曼;2015年首先针对药厂推广NanoLIBS®;今年将主力推广i-Raman® Pro ST透视拉曼,在药厂应用中,可透过不透明的包装(如牛皮纸、白色塑料容器)直接检测药品。

  i-Raman®Pro ST透视拉曼透过马尼拉纸信封测试里面样品

便携和手持拉曼是拉曼光谱最大的市场

  周华从必达泰克的发展经历,谈到了便携和手持光谱的市场变迁趋势。2003年前,拉曼光谱是高端研究实验室的工具,那时都是带共聚焦显微镜的大拉曼,2000年,共聚焦拉曼系统的全球出货量大约只有百台的数量级。2003年,全世界只有2-3家便携拉曼供应商,但必达泰克进入市场后备受关注:很多客户发现,自己并不需要共聚焦的超高分辨和灵敏度,便携式拉曼即可完成绝大部分相关应用,比如做一个化学品的表征或晶体结构的表征,然后再做定性定量,而对应的便携拉曼的价格只有共聚焦拉曼的1/4-1/5,高性价比对于客户有很强的吸引力。同时,便携式拉曼的移动携带性能使得现场检测成为可能:比如从学校的一间实验室拿到另一间实验室,或者在药厂进厂原料现场使用,不必把原料送到实验室检验,使用方便和灵活性大幅提高。2003-2006年,必达泰克自己就出货了近万台便携式拉曼;2008年,便携式拉曼的全球出货量大约是共聚焦拉曼的10倍。

  而近年来出现的手持拉曼,市场容量预期将是便携式拉曼的10-30倍,比如2015年手持拉曼的全球出货量已达到4000-5000台。因此,原来一些生产大型拉曼的厂家,也开始推便携或手持拉曼。这些产品具有接近共聚焦拉曼的性能,很多便携或手持拉曼比早期的实验室拉曼性能更高。周华表示:“便携和手持拉曼完全符合市场发展的趋势,比如最早的拉曼光谱仪,体积大到超过一个15平米的房间大小;而现在据报道最小的拉曼,已经达到手机的大小。拉曼的发展趋势就是越做越小,越做越精致。也许不久的将来,手机大小的拉曼将成为市场的主流。”

  根据Daniel的统计,在便携拉曼领域,必达泰克的出货量是全球第一;在手持拉曼领域,必达泰克的出货量是全球第二。

  谈到必达泰克保持领先的要素,Daniel总结了几点:

  1、掌握核心技术。公司的激光器、光谱仪、软件都是自主研发和集成,可以从头到尾有机结合、不断优化。必达泰克掌握拉曼制造的几乎所有技术储备,会根据应用的成熟度选择性地推向市场。借用周华的一句话说,“如果您让我们做一款拉曼,告诉我们马上有100个用户订单,我们几周就可以做出来。”必达泰克在光谱分析领域拥有大量的技术储备和多项核心专利,其中就包括集成在手机移动设备中的光谱检测技术。这可能也是未来谷歌、三星或苹果手机的新趋势。

  2、产品不断创新。必达泰克每两年都要推一代新产品,每年至少推一款拉曼新产品,在全球竞争中树立了很高的技术壁垒。

  3、很强的队伍,包括工程师和营销团队,具有最丰富的制造经验,营销网络遍布全球。同时,通过全球分公司、代理商、以及用户的合作,必达泰克可以迅速开发针对便携和手持拉曼的各种应用。

  4、比大公司有更多的灵活性。在一些产品线上推必达泰克的品牌;同时也提供OEM产品,更快地占领市场。因为很多领域的应用,必须通过合作伙伴才能进入。而只要找到应用,必达泰克团队一定能够提出一个有效的解决方案,从头到尾地解决问题。

  5、有批量的个性化制造。同一款产品,同一种规格,还可以根据用户的应用需求进行性能(比如激光功率)的微调,这是必达泰克独有的特色,需要在产品设计上就有余量,有一定的微调空间,从而满足用户的个性化需求。

拉曼光谱的广阔应用

  首先,周华为我们再次普及了一下拉曼的知识。在分子光谱领域,傅里叶红外(FTIR)和拉曼光谱非常接近,两者都大量使用数据库。红外主要测试有机物(如塑料);拉曼可应用范围包括有机物,无机物,氧化物,可以有效分辨晶体结构差异比如可清晰地区分钻石、石墨烯和炭黑。

  拉曼的第一大优点是特征性强。绝大部分化学物质都有特定的指纹拉曼谱作为其化学组成和晶体结构的唯一表征;

  拉曼的第二大优点是使用简单。由于较少受到水和物理状态的影响,相对FTIR/NIR制样简单或无须制样。没有化学背景的人,也可以方便地使用拉曼;

  拉曼光谱增强技术(SERS)是又一个显著特色。FTIR能够测的最低含量约为0.01%-0.02%。而拉曼在使用SERS技术后,可获得千倍以上的信号增强,文献报道甚至达到1012倍,这样可以测到ppm,甚至到ppb级别(比如瘦肉精)。至于近红外(NIR),灵敏度只能达到0.1%,而且受样品状态和使用环境影响很大,紫外光谱只限于特定的官能团,没有数据库。

  便携和手持拉曼最大的发展动力来自于应用。接下来,Daniel和周华为我们介绍了必达泰克已经开发的几大应用领域。

  1、制药业应用

  首先是原料药进厂检验。我国GMP规定,原料药进厂要做100%的检验。便携拉曼可以不必开封,在现场透过包材测试。

  其次是生产过程在线监控(PAT)。传统技术监测折射率、浑浊程度、颜色、压力、温度,以此来推定判断反应进行的程度。而现代工业需监测反应中的物质,直接了解反应进行的程度。最早是采用近红外NIR技术,特别是不受水干扰的石化和烟草行业。但NIR只能检测某一类特征化合物的总量,不能检测每一个特定化学组分的含量。近10年引进的拉曼在线监测,通过探头可以实时快速测定反应体系中每一个组分的含量, 检测时间只有数秒或十几秒;从而指导生产,提高生产率。虽然需要一次投资几十万美元,但对于制药企业来说,可大幅降低生产成本,获得更高的利润,所以受到制药业的青睐。除此之外,相比NIR,在线拉曼适应性更强,比如很少受到水的影响,或有些对NIR无响应的反应体系用在线拉曼非常具有优势。

  在药品打假方面,拉曼也有很大的应用前景。比如必达泰克通过OEM,已经广泛进入了药品打假领域。

  2、刑侦法医应用

  必达泰克的TacticID手持拉曼,已广泛用于刑侦法医领域。周华表示,由于强大的软件团队开发的算法,TacticID可以直接通过自身数据库快速检索给出结果。TacticID已拥有适用于各国毒品检测的上千种毒品数据库,数据库每年更新1-2次,并支持用户自建谱库。Daniel还特别举例了应用于美国的芬太尼及其芬太尼衍生物的拉曼数据库,芬太尼在美国是致死的新毒品,毒性是同等级别海洛因的20倍,TacticID由于数据库更新及时,近年来在美国司法领域广受欢迎。

  TacticID手持拉曼光谱仪

  当笔者问到数据库如何保持更新,周华自豪地介绍了必达泰克广泛的营销网络和代理商渠道。必达泰克全球有5家分公司,德国、台湾,日本,英国,中国的5家分公司;在30几个国家有近70个代理商;还同德国、中国、美国、南非等国家司法实验室合作。通过分公司、代理商和合作司法实验室,可以快速收集市场信息,来确认各种热点、新兴的毒品。

  3、考古学应用

  Daniel自豪地表示,在考古学领域,必达泰克的拉曼占有率是全球第一。i-Raman系列便携拉曼光谱仪在中国重庆大足石刻、敦煌壁画、意大利庞贝古城、西班牙毕尔巴鄂(Bilbao)等都有实际应用。2014年,巴斯克大学Juan Manuel Madariaga教授领导小组前往意大利庞贝的Casa degli Amorini Dorati。他们利用i-Raman Pro便携拉曼分析残留的油画颜料。壁画中本来红色的颜料出土后变成黑的,利用拉曼光谱,可在现场快速鉴定出原来的红色颜料,帮助复原出壁画正确的颜色。

  Madariaga教授小组利用i-Raman Pro便携拉曼分析残留的油画颜料

  4、食品安全应用

  由于使用简单,灵敏度高,拉曼对于食品安全等领域非常有帮助。比如三聚氰胺的中国国标方法是HPLC法,而若采用SERS-拉曼联用后,样品制备简单,检测速度更快,成本更低,不管是芯片型还是溶胶型的SERS,都是一次性产品,还能避免交叉污染。所以拉曼光谱可用于快速检测食品非法添加剂和有害成分。再比如水体污染事件(如数年前的松花江污染)中的待测物都是ppm级别,SERS-拉曼联用后可以在现场快速判定污染物,快速应急响应。必达泰克最近将推出食品安全检测的SERS-拉曼联用产品,可在现场快速检测60多种食品中的非法/滥用添加剂、农药/兽药残留、有毒有害化学品。

  含有2ppm罗丹明B的腊肠的拉曼光谱(红色),不含有罗丹明B的腊肠的拉曼光谱(蓝色),0.1ppm罗丹明B标准品SERS谱图(绿色)

  5、临床应用

  临床方面,便携或手持拉曼可做癌症、结核病等的测试,比如针对去年肆虐的寨卡病毒,必达泰克开发了配合SERS的拉曼进行早期筛查。必达泰克还有款针对欧洲法规的临床产品,该法规规定在注射使用癌症治疗药物前,必须用拉曼测试,确定药物的成分及含量都正确,以减少医疗事故。因为癌症患者本来就免疫力很弱,如果用药的成分或含量不正确,将导致严重的致死事故。只可惜中国国内目前还没有相关的法规。

  周华还特别强调说,制药业的法规监管是最严格的。必达泰克的便携拉曼,最早进入的就是制药领域,硬件和软件都要符合各国的要求。所以,对于便携或手持拉曼的应用,进入安全检查、食品安全、环境监测、临床等法规领域,必达泰克非常有信心。

LIBS和透射拉曼:为客户提供现场快速检测的完整方案

  2015年10月,必达泰克推出了手持/便携式LIBS金属多元素分析仪。Daniel表示,当时主要根据药厂的需求设计。便携拉曼可测定约85%的原料药,但无法监测盐(如NaCl)的原料,因此必达泰克开发了LIBS,来为制药业提供更完整的解决方案。近年来,同样是针对药厂的应用,必达泰克又推出了i-Raman®Pro ST透视拉曼,可以透过非透明的药包材(如样品瓶、牛皮纸)测定原料药的组成和成分。

  LIBS目前全球的市场量还较小(100台左右),周华希望LIBS的未来有更大的市场,比如达到上万台。

NanoLIBS

i-Raman®Pro ST透视拉曼

多元化的文化 更高的创造力

  谈到必达泰克的文化特质,Daniel表示,公司最早由华人在美国创办,带入了中国的经验,这为必达泰克后来成为一家多元化文化的公司奠定了基础,公司员工包括亚裔、北美、非洲裔、欧洲等,多元化使必达泰克可以更容易地同全球70多个代理商沟通。公司管理扁平化,每个人都可以提意见,气氛非常融洽。宽松自由的环境也使必达泰克拥有更高的创造力。

  从必达泰克的市场份额来看,亚太、美洲、欧洲大致各占1/3,其中中国的市场份额最高。Daniel表示,由于中国的经济增长强劲,需求旺盛,很多食品、环境、药品打假的合作都从中国开始,产品研发出来后,再从中国移植到其它国家。针对各个国家和地区,必达泰克开发不同的产品,比如从美国最先开始的制药业,毒品检测,以及欧洲的临床市场。

  关于必达泰克

  必达泰克光电科技(上海)有限公司,直属于美国必达泰克公司(B&W Tek, Inc.)。必达泰克公司是目前全球最大的小型拉曼光谱仪(含手持和便携拉曼光谱仪)生产厂商,自2001年起向全球用户交付了超过10000台拉曼光谱仪系统,涵盖了包括制药、化工、科研、医疗及各种应用场合。

  B&WTEK成立于1997年,位于美国特拉华州纽瓦克市,公司集开发、研制、生产于一体,在模块光谱仪、拉曼、荧光等光谱系统、高功率半导体激光器等方面均处于世界领先水平,也是目前较少拥有完全垂直生产能力的企业之一,从激光核心模组,到光谱检测核心组件、自由光路耦合等,均可大规模批量生产。

  必达泰克公司在分子光谱仪器特别是拉曼领域拥有强大的技术实力,仪器各项指标先进,售后及技术服务完善,在广大客户群中拥有优秀的声誉。作为小型拉曼光谱仪的领导厂商,B&WTEK先后推出针对制药企业原辅料鉴别的NanoRam、NanoRam Mini系列手持拉曼光谱仪,针对公共安全领域的TacticID-GP、TacticID-N手持毒品危化品检测仪,针对珠宝玉石检测的GemRam宝石检测仪等行业专用设备,并在科研领域凭借各种等级的i-Raman系列保持极高的美誉。

本文中提到的仪器产品

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