科学仪器学科与技术进展的研究报告（七）
(六)X射线仪器
1. X射线衍射仪
国外在X射线衍射仪方面的的技术发展很快。主要表现在新型探测器、模块化、分析软件的功能强化、先进的X射线光学器件等方面。
目前国外各衍射仪生产厂家纷纷研发配备新型高性能探测器，以确保高档仪器市场中的竞争地位。有的公司每不到两年就推出一种新仪器。新型高性能探测器的优点是，使测试效率提高数倍到上百倍，或提高信噪比和灵敏度，或能得到过去难以获得的特殊衍射信息。
模块化、多功能化使得简单的切换操作就可以变化功能，从而使一机多功能成为现实。机械精度和控制指标也大幅度提高。
无论是单晶或多晶衍射仪，其分析软件的功能和性能不断提高，如单晶结构分析算法，多晶全谱拟合结构优化算法，物相检索算法，反射率算法等方面，均有大幅度的提高。
布鲁克·AXS公司用于X射线衍射仪的VANTEC(TM)-2000探测器、采用了MikroGap(TM)ZL技术，从而使得有效区域大幅度上升到14 ×14cm空间分辨率的同时，动态范围达108。VANTEC-2000整合了气态探测器和固态探测器二者的各自优势，在耐用性、分辨率、灵敏度和动态范围等方面均有突破性的进展，是一款真正的准无噪音检测器。
日本理学推出的SmartLab™ X射线衍射系统，是全球第一款可在一台全自动化系统上完成所有X射线衍射测试的XRD系统，仪器具有独特的Guidance™智能化软件以及获得ZL的Cross Beam Optical™技术，可以完成一系列对于尖端材料研究至关重要的尖端测试，包括X射线衍射(XRD)、X射线反射(XRR)、小角X射线散射(SAXS)等。
我国生产XD—2/XD—3多晶X射线衍射仪，重复性已优于0.0006º。
2. X射线荧光分析仪
X射线荧光分析仪方面，波长色散分析的进展主要是分析软件性能的提高，即发展高级次谱线的算法和采用基本参数法等，有利于轻元素的定性和定量分析，其它似乎没有特大的进展。能谱分析仪则在探测器和核电子学方面有重要进展，如Si-PIN探测器和SDD探测器已投入市场，它突破了过去锂漂移硅探测器的某些性能的限制，使探测动态范围大幅度提高，从而使探测灵敏度提高，也使制造成本大幅度降低且使用体积大为缩小。全反射X射线荧光分析法是值得注意的方向，它的特点是其灵敏度可达ppb量级。同时，TXRF技术又继承了EXRF方法的优越性，它的定量分析性能方面也有优势。
布鲁克·AXS公司的XFlash(R) QUAD检测器是QUANTAX(TM) QUAD型超高速-高灵敏能谱仪(EDS)的核心组件，是目前世界首款用于EDS的四通道40mm硅漂移检测器。
3. X射线晶体定向仪
X射线晶体定向仪是用于生产晶体振荡器的仪器。其定向精度决定了所生产及筛选的每年近百亿片晶片的质量和价格。低档和高档的价格相差10倍以上。国外的进展也集中在其精度方面，采用了激光快速测振校正的技术等。
4. 我国X射线仪的开发与生产
TXRF已在国际上得到广泛应用。国内最新推出的TXRF9双光路全反射X荧光分析仪，可以对从11Na到92U的所有元素进行分析，一次可对近30种元素进行同时分析。
我国没有单晶衍射仪的产品，但有4个厂家生产多晶(粉末)衍射仪，年销售量已超过30台。但质量和性能方面距国外厂家相差较大，如没有新型探测器、某些技术指标较差、功能附件过少、软件不够先进等。主要靠低价格进入低端市场。虽然也开始了有关某些新技术的工作，但进展缓慢。主要问题有三方面：投入少;没能快速整合国内的先进成果;生产单位缺乏真正懂得X射线衍射的高档人员。
在X射线荧光分析仪方面，我国目前还没有可以推向市场的波谱分析仪。但已能生产能谱分析仪，年产量达数百台，也有少量出口。主要问题是其中的关键技术部件探测器是依靠进口。
我国已有X射线晶体定向仪产品。在国内市场中数量上占主要部分。问题是精度不够高。我国的石英晶振片的产量达几十亿片，占世界产量的大部分，但由于所用X射线晶体定向仪质量不高，价格很低。现已有民营企业在研制高档定向仪，但资金不足，进展不够快。
(七)芯片型微型分析系统
国际上通常把芯片型微型分析系统分两大类：即微阵列芯片(Microarry chips 或称生物芯片 Biochips)与微流控芯片(Microfluidic chips)。
1.生物芯片技术与仪器
生物芯片是通过微加工和微制备技术在固体表面构建微型生物单元，实现对生命体系中组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类、代谢产物、以及相关生物大分子化学修饰信息进行准确、快速、大信息量的检测。生物芯片被认为是当今十分重要且具有战略意义的前沿高新技术。这不仅在功能基因组学、蛋白质组学、代谢组学和毒理组学等领域研究中发挥了重要的作用，而且在疾病诊断和治疗、新药研究和开发、农业、环境、食品安全、国防等领域中已经显示出了非常广阔的应用前景和巨大的商业市场。
基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、组织芯片等发展较早。技术较为成熟的微阵列芯片已经大量进入实用。与生物芯片相关联的微流控芯片等技术正在逐渐成熟并开始被各领域应用。
(1)生物芯片技术发展趋势
A. 高通量、多参数、多功能、集成化。
高通量分析平台是各种生命组学和系统生物学的必备手段和关键技术。
B. 微型化、批量化、标准化、大众化。
这些趋势将使这类产品成为便携式仪器及价廉物美的芯片耗材，适用于家庭、现场等快速检测和就地诊断。在未来生物安全形势比较严重的情况下，更为必要和迫切。缩微芯片实验室代表了未来生物芯片的发展方向，是当今分析仪器发展的新的生长点。
C. 信息化、网络化、远程控制和交互。
软件已成为生物芯片应用的重要部分，网络将海量的、复杂的生物信息进行集成、分析和鉴别。软件信息技术起到了关键作用。
D. 高灵敏度、非标记检测技术。
在生物芯片上进行单分子检测、一直是普遍关心的研究热点。纳米生物检测技术在生物芯片技术中的应用得到了充分的重视，用该技术进行单根DNA序列检测，其检测速度的发展潜力可以提高数百倍。
(2)生物芯片及相关仪器的进展以及产业发展趋势
欧美大型药物公司或生物技术公司都利用生物芯片开展药物相关基因筛选、药物靶点识别、生物标志物识别和筛选、临床前期药物毒理研究、药物基因组学以及个体化诊疗等各方面的研究工作。2004年，Affymetrix公司研制出SNP分析基因芯片，Agilent公司推出aCGH芯片，为研究肿瘤的发病机理提供了有利工具。罗氏公司开发了CYP450系统体外诊断基因芯片，用于筛查病人基因组的多态性，实现在治疗过程中指导医生选择药物种类和用药剂量，对病人进行个体化用药治疗。2005年元月，美国FDA批准罗氏公司的CYP450基因诊断芯片上市，将对心脏病、疼痛和癌症的治疗提供有价值的参考。
(3)生物芯片和芯片实验室发展前景可观
未来生物芯片产业在中国或者国际市场面临几个重要机遇。首先，生物芯片在临床检测、生物安全检测、进出口检疫检测、司法鉴定、健康筛查等“领域”应用的前景会越来越好。第二，生物芯片技术的体系将会逐渐完善，将逐渐整合并实现集成化和微型化。第三，体系逐渐趋于两极化，即快速高通量大型系统和小型快速低通量系统，其中芯片实验室类产品将位居前列。第四，生物芯片体系的国内和国际标准将逐渐建立和趋于完善。
(4)我国的发展状况
国内目前有近50家生物芯片研发机构在微阵列芯片方面和微流控芯片研究方面取得可观的进展，尤其在毛细管电泳芯片和微流控生化分析系统。迅速开展微流控的应用基础性研究已刻不容缓。未来微流控分析仪器与设备的市场将占越来越大比重。在生物芯片和相关产业方面，博奥生物公司已具有与国际竞争的水平。其核酸分析芯片、免疫分析芯片、毛细管电泳芯片和生物芯片点样仪、杂交仪、扫描仪等产品已占国内市场份额的30%，并经国际认证、打入国际市场。
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