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光谱界专家分享光谱技术的新进展、新应用(二)

2016.10.29

——第十九届全国分子光谱学学术会议暨2016年光谱年会大会报告(二)

  分析测试百科网讯 2016年10月28日,第十九届全国分子光谱学学术会议暨2016年光谱年会在福州盛大开幕(详见本网报道:光谱领域专家汇聚福州 共同探讨光谱学发展),会议由中国光学学会和中国化学会主办,中国科学院福建物质结构研究所、福州大学和闽江学院联合承办,来自国内外光谱领域的专家、学者等500多人参加了此次会议。上午的大会报告中各位专家都带来了精彩的分享内容,详见本网报道:光谱界专家分享光谱技术的新进展、新应用(一)

  在下午的大会报告中,郑州大学常俊标教授、雷尼绍贸易有限公司王志芳、中国农业大韩东海教授、堀场贸易有限公司应用经理沈婧、国家纳米中心研究员孙佳姝、厦门大学化学化工学院任斌教授、布鲁克光谱事业部李纪华、必达泰克公司Jack Zhou博士、苏州大学杨永刚教授等对核苷类创新类药物的研究、拉曼光谱的新技术及应用、近红外光谱分析技术的细节、二维材料的纳米光谱表征、基于微流控技术的癌症标志物光学检测、表界面高空间分辨针尖增强拉曼光谱研究、傅立叶红外在基质隔离研究中的应用、面向需求(PON)的纳米科技及移动拉曼检测诊断技术、圆二色谱解析单手螺旋聚倍半硅氧烷纳米材料等内容进行了介绍。

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郑州大学 常俊标教授

  郑州大学常俊标教授的报告题目是《核苷类创新药物的研究策略》。

  核苷类药物是一类非常重要的药物,大约有55个已经注册的核苷类药物用于临床,正在做临床的药物有46个,其中95%是被代谢为其三磷酸酯而发挥作用。目前,已用于临床的核苷类药物对于核苷酸结合靶蛋白的抑制作用还没有完全被优化。药物的多晶型差别表现在稳定性、溶解度、溶出速度、生物利用度等,产生多晶型的因素及参数主要有溶剂体系、过饱和度、温度、杂质及添加剂等信息。

  常俊标课题组设计的前药作用机制,采用药物代谢活化与特异性水解N-P键都发生在肝脏并就地活化。中国是丙肝病毒携带者全球最多的国家之一,丙肝慢性化率为50-85%,没有有效疫苗,中国急需病人能支付的相当疗效的抗丙肝药物,常俊标课题组合成了具有很好抗HCV活性的新型核苷化合物(CL-045),其活性高于美国一家公司制造的Sovaldi。常俊标还分享了他们的一些研发计划。

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雷尼绍贸易有限公司 王志芳

  雷尼绍贸易有限公司王志芳的报告题目是《拉曼光谱新技术及应用》,报告从拉曼光谱表现形式、Renishaw拉曼光谱联用技术、成像技术及新技术进行介绍。

  拉曼成像给出的有晶粒取向、应力分布、质量、成分分布等信息,Renishaw拉曼光谱技术这些年来一直在不断发展。关于拉曼光谱联用技术有Renishaw拉曼光谱与AFM联用、Renishaw拉曼光谱与SCA+SEM联用,此外还有拉曼光谱与CLSM、Nano indenter、XPS联用。拉曼成像扫描技术的发展从时间、维度、软件处理能力等方面进行,拉曼成像技术有StreamLine快速大面积成像(slalom)、StreamHR高分辨快速成像、超快速大面积成像、Volume拉曼成像、Surface拉曼成像、以及直接整体拉曼成像、透射拉曼成像技术等。

  雷尼绍最新推出的inVia Qontor显微共焦拉曼光谱仪保有inVia Reflex所有功能及性能,增加了LiveTrack实时聚焦技术。在拉曼扫描成像过程中,样品并不始终处于聚焦状态,聚焦不佳会导致灵敏度降低、样品上不一致的拉曼采集区域、空间分辨率降低等现象。LiveTrack的优势是无论是白光观察模式还是拉曼扫描成像模式下,样品始终保持在聚焦状态,能够给出成像区域的Z方向的表面轮廓,适用于形貌复杂的样品成像,动态体系能够保持聚焦状态。王志芳还列举了相关的案例。

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中国农业大 韩东海教授

  中国农业大韩东海教授带来的报告题目是《试论近红外光谱分析技术的细节特制》。在仪器的原理和结构方面,近红外专用仪器与分光光度计大同小异,但是设计思想差异颇大,重视细节是其关键。韩东海提出三个方面内容并进行阐述:

  一、细节决定仪器性能与价格。市售通用仪器为了满足多种用途的需要,常按最高标准设计,所以仪器很贵。有些分光光度计也可测近红外光谱,因与专用近红外仪器结构不同,故两者间存在差异。光谱采集方式应充分考虑物料特点。漫反射模式时,如果光源和检测器聚焦同一点,则聚光效果最佳。但物料位置稍有变化,势必引起光谱波形和强度变化。这种方法适用于物料固定。当物料外观形状变化多段时,聚焦条件需要稍作调整,或利用平行光线有利于提高检测性能,或直接用漫透射模式。

  二、细节应对物料理化多变性。比如近红外检测果品时的特殊性、果皮厚度不同、水果分布不均、水分含量高等,针对水果成分分布不均、离散性大的问题,采取了特殊环状冷光源设计,并就光谱采集位置进行了具体规定。

  三、细节支撑个性化解决方案。比如水果糖度测量方法不同,其检测精度也不同,应根据实际需求进行合理选择。果实总糖是数种糖浓度的总和,糖不同光谱也不同。当测量糖组分不稳定的样品光谱时,需要选用不受组分变动影响的吸光度稳定的波长。

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堀场贸易有限公司应用经理 沈婧

  堀场贸易有限公司应用经理沈婧的报告题目是《二维材料的纳米光谱表征》,介绍了纳米分辨率及纳米光谱技术,二维材料的纳米拉曼光谱。

  显微技术有SNOM扫描近场光学显微镜、超分辨率荧光显微镜、AFM-IR等,从显微拉曼到纳米拉曼,实现纳米拉曼光谱的关键点是如何获得纳米区域拉曼信号,如何提高纳米区域拉曼信号强度。针尖增强拉曼光谱TERS,针尖附近的区域信号增强,可以达到103~106数量级,区域尺寸取决于针尖尺寸。早期的TERS研究集中在单点或线研究,TERS成像相对困难,找到热点位置是TERS成功与否极为关键的步骤,将拉曼激光与热点精确匹配才能实现完美TERS。纳米拉曼的耦联要点是空间匹配、维持独立性能、操作便捷、并提供整套解决方案, HORIBA提供多种纳米拉曼成像系统,XploRa Nano、TRIOS、HR Evo Nano、Inv XploRa Nano等。

  分析不同样品的TERS解决方案已经日趋成熟,用于氧化石墨烯、CVD生长石墨烯的刻化研究,MoS2等其他二维材料,生物大分子、自主装膜等。TERS成像的意义十分重要,现在在不同实验室能轻松再现低于10nm空间分辨率的TERS成像。

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国家纳米中心研究员 孙佳姝

  国家纳米中心研究员孙佳姝的报告题目是《基于微流控技术的癌症标志物光学检测》。中国恶性肿瘤新增死亡率和发病率世界第一,恶性肿瘤的特点是异质性及不断变化,需要高灵敏、高选择性、实时动态的检测方法,在恶性肿瘤早期发现、早期诊断、早期治疗。

  循环肿瘤细胞(CTC)快速评估化疗药物药效,监测肿瘤复发,每毫升血液可能仅含有少数几个CTCs,用抗体磁珠捕获CTCs。在磁分离+磁弛豫传感(MS+MRS)的miRNA检测中,利用大磁珠作为磁分离体,小磁珠作为磁信号探针,通过杂交反应及循环酶切放大信号,实现miRNA高灵敏、一步法的定量检测。

  孙佳姝课题组将循环肿瘤细胞无标记分选,及核酸检测技术,用于肺癌患者疗效的评价,与病情对应性良好,并发展了一种核酸POCT检测分析方法,将其应用到现场及基层检验检疫,并取得了良好效果。

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厦门大学化学化工学院 任斌

   厦门大学化学化工学院的任斌教授做题为《表界面高空间分辨针尖增强拉曼光谱研究》的报告。

   任斌课题组的研究方向为:SERS(表明增强)和TERS(针尖增强)技术;以及表/界面电化学,活体细胞 /生物分子的体系;基础方面关注仪器研制,表面等离子体光学Plasmonics,纳米结构。在表界面研究的挑战是:表界面的结构决定了性能和性质;需要很好保证结构和电学特性,特别是在工作条件(电化学体系)中表征;要求技术是高时间和高空间分辨率,特别是高灵敏度。

  1974年SERS被发现,1977年被确认。一般认为SERS的增强效应是10e6,如果吸附的单层物种,厚度为5A,放大后相当于0.5mm的物种;如用共聚焦显微拉曼光谱,单层物种的信号可以强于纯物种的信号。接下来介绍了表面等离子体共振(SPR)的原理。做SERS实验,如果只做单个粒子,信号仅微弱增强,用二聚体要好更多。从微尺度到纳尺度,极限的空间分辨率能做到分子中不同位点的差异(亚分子)。接着又介绍TERS针尖增强拉曼,达到的极限分辨率。任斌介绍了课题组的STM-TERS技术,比如Pb/Au表面分子催化反应,制作探针,在从Pd到Au再到Pd的光谱扫描中,可以看到边缘层微小的差异。做理论计算后,也证明了边缘Pb的电化学活性。对比电化学TERS和SERS信号,发现TERS显示而SERS不显示这些差异。也进一步分享了实验的思路和方法。

  任斌总结说,TERS能够表征纳米尺度表界面的化学和物理特性;电化学TERS使得在电化学条件下能够表征化学反应;表面等离子体塑形(Plasmon-shaping)效应能被纳米结构的分散和光致发光校正,可用于表面分析。

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布鲁克光谱事业部 李纪华

  布鲁克光谱事业部李纪华的报告题目是《傅立叶红外在基质隔离研究中的应用》。

  基质隔离是低温下(10-40K)固态化的惰性气体(氩)隔离和保护化学分子。由于自由基和不稳定或迁移分子受到隔离;隔离分子和基质没有交叉干扰或非常弱的干扰;隔离分子间没有交叉干扰,非常像极稀薄的气体分子,所以选择傅立叶红外做基质隔离。基质隔离可用于研究催化反应(光分解或热分解),观察分子如何断裂;能量材料研究(爆炸物、储能材料等),观察反应中间体;只在低温下存在的新化学结构的研究等。

  基质隔离要可以进行同位素位移测量,并且高分辨率和高灵敏度。李纪华介绍了布鲁克傅立叶变换红外光谱仪的优势和布鲁克建议的配置方案。布鲁克傅立叶变换红外光谱仪的优势是:1.测量的峰非常尖锐,比如同位素位移的研究需要确认化学结构,这需要非常高的光谱分辨率(V80V,0.06cm-1);2.非常重要的同位素位移的峰信号非常弱,在高分辨下大气的影响非常严重,所以需要真空型的红外光谱仪。布鲁克的VERTEX70V和VERTEX80V都是真空型的红外光谱仪;3.布魯克特殊设计的外反射附件可以很好的把大型低温杜瓦连接到布鲁克的红外光谱仪上。

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必达泰克公司 Jack Zhou

   必达泰克公司Jack Zhou博士做题为《面向需求(PON)的纳米科技及移动拉曼检测诊断技术》的报告。

   当前在现场应用中,手持和便携式拉曼已进入广泛应用时代,比如:药厂原辅料进厂验证,合成药研发辅助;缉爆及应急处置,禁毒及危险品识别;食品安全及打假识别;矿物分析,文物修复颜色颜料成分识别;在线监测,实验过程监测;塑料分拣,医疗诊断。该报告和犹他大学等单位合作,主要是拉曼用于现场诊断方面的工作。该工作同犹他大学等机构合作,目标是实现一种集生物技术、纳米增强及拉曼为一体的技术,获得很高的灵敏度,具有很好的检出限,可以定量,而且便携。生物标记物识别的工作,主要由犹他大学完成;必达泰克主要完成信号的增强,提高信噪比;以及用表面增强的机制,用手持拉曼完成检测。

   表面增强及集成优势是:该方法有单分子检测的潜力,可扩展平台,多目标检测等优点。样品的处理包括:基体制备,制备拉曼Au标,制备结合拉曼金标的三明治结构的免疫分子,就可以用手持的拉曼测定。Jack Zhou举例谈到PSA分子的测定例子,PSA是前列腺癌和乳腺癌的导因,但检测手段因PSA量极低很难诊断。用前述方法,可以在30秒读出时间内获得1 pg/mL的检出限。测量时要考虑采样面积的影响,实验表明,捕捉到带有活性的三明治式的金标,一定面积的光斑条件下,可以获得更高的重现性。另一个更有实用价值的是Tuberculosis(肺结核)的早期诊断。肺结核导致的死亡率远超任何其它传染病菌;是当今世界第二大传染病,2011年开始,WHO已禁用血清法诊断,传染病发区采用痰液显微镜法诊断。必达泰克的检验方法是捕获LAM抗原,制备拉曼Au标,再用TacticID手持拉曼检测。50个案例实测证明,LAM加入血清并经预处理,测定检出限达到2ng/mL,并且临床灵敏度为89.6%;临床专属性为100%。比较Sputum smear痰涂片,Genexpert定量PCR和Porter实验室的LAM+SERS,比较它们的灵敏度、专属性,仪器价格,单次检验成本,检测时间等要素,ALM+SERS均具有很强的优势。该方法还开发了96孔板的读出,可以进行多路并行检测。

  Jack Zhou表示,下阶段工作是:继续优化降低检测限,更高的自动化程度,实际案例验证(3200个试样)。另一个例子是HCC原发性肝细胞癌的早期诊断,现行的诊断方法采用超声方法,是否可能研发出面向现场需求的HCC诊断方法?必达泰克开发了垂直流检测器(VFA),机理是用AUMP与检测银的轭合反应引起的颜色变化。用SERS将VFA定量,加金标后,VFA薄膜用TacticID手持拉曼来做读出。实验证明,采用SERS及TacticID手持拉曼相结合,使得低含量被测物的定量检测成为可能。定量VFA检测HCC时,用ALphafetoprotein(甲胎蛋白),目前可达到1ng/mL的检测限。Jack总结说,PSA、TB、HCC的成功检测验证了生物、纳米及拉曼的结合在诊断检验应用中具有广阔的前景;采样面积影响因素应予重视;必达泰克正在开发面向现场(PON)的诊断仪。

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苏州大学 杨永刚教授

  苏州大学杨永刚教授的报告题目是《圆二色谱解析单手螺旋聚倍半硅氧烷纳米材料》。

  手性的起源是不对称、手性圆偏振光以及地球的旋转。随着纳米材料的兴起,手性纳米材料也逐渐受到关注,圆二色谱也成为其检测手段之一。在报告中,杨永刚介绍了课题组所做的工作,并指出,手性螺旋聚倍半硅氧烷纳米材料可用于手性拆分和手性纳米材料制造,如二氧化硅、硅、碳、碳化硅等混合纳米材料,而光学活性起源于π-π堆积芳香环和芳基的扭曲。

  大会还安排了多场分会报告,更多内容请关注分析测试百科网的后续更新。

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