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耐得住寂寞,才能守得住繁华记国产拉曼光 [复制链接]

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导读:有专家统计,过去的10年,中国的拉曼市场总量扩大了10倍,在公安缉*、安全检查、珠宝鉴定、塑料打假、食品安全、环境保护、药品安全、生物医疗等各个领域,都发挥着不可或缺的作用。

-,中国光散射学术会议走过了40年的历程。几十年的时光,见证了我国拉曼光谱技术及应用的发展,构筑了拉曼光谱研究和应用的坚实基础。这期间,有一代代科研工作者的汗水,有国内外各大仪器厂商的努力,更有各行各业用户的实践和经验总结。在大家的共同努力下,一篇篇高质量论文亮相顶尖国际期刊,一项项科技成果落地转化;科研群体从小到大,科研成果聚沙成塔,实际应用也逐渐普及,给各行各业带来了解决问题的新方法和新思路。

回顾历史,才能更好的展望未来。仪器信息网特别策划《拉曼大咖说》系列约稿活动,本期我们邀请到了奥谱天成(厦门)光电有限公司(简称:奥谱天成)总经理刘鸿飞博士来给大家分享国产拉曼光谱仪器研发的心路历程。

刘鸿飞,年生,湖南衡阳人,博士后、高级工程师,年毕业于中科院上海技术物理研究所,获得博士学位,厦门大学博士后,荣获科技部“创新人才推进计划”,长期从事拉曼光谱仪的研制与应用工作,主持或参与多个国家级重大项目的的研制工作,深度参与中国国家标准《拉曼光谱仪通用规范》、中国国家标准《基于拉曼光谱的危化品检测仪》、福建省地方标准《便携式拉曼光谱仪》等标准的制定工作,发表论文20余篇,申请知识产权百余件。

仪器信息网:回顾拉曼光谱过去几十年的发展,您经历了多少?最初踏入行业之门,有哪些忘不掉的回忆?

刘鸿飞博士:虽然一直做光谱仪器,但是真正了解到拉曼,还是在年的时候。那个时候,中国的拉曼基本上还没怎么开始。只有一些著名高校的实验室买了一些大型科研拉曼,几百万一台,怪吓人的。一个特别的消息:ThermoFisher耗费巨资收购Ahura(一家专门做手持式拉曼光谱仪的美国公司),进*拉曼光谱领域。基于光谱人的直觉,大公司看重的技术,一定是一种很有前景的技术,就这样,慢慢了解到拉曼,在互联上一查,美国已经有好多家在做了:Ahura、Bwtek、DeltaNu、Enwave等都已经享有盛名;而中国,好像只有一家:欧普图斯,看起来好像是代理,因为其仪器的图片跟国外某品牌一模一样(后面才知道,欧普图斯自己本身是不做仪器,而是做增强试剂,仪器是从国外整个买进来的,这是后话了)。

后来,一个很偶然的机会,拿到一台美国Enwave生产的便携式拉曼光谱仪,如获至宝。虽然在之前,已经学习了不少的理论知识,对拉曼的工作原理有了比较全面的认识,拿到Enwave的真实机器后,还是收获很大,第一次亲手测出了拉曼信号,看到了神奇的拉曼效应。同时,我也深切的感受到,其实没那么难,中国人也一样可以干出来。后面,刚好有几个志同道合的好兄弟,一起研制便携式拉曼光谱仪,看起来容易,但实际做起来,可真没那么容易。由于大家都没有经验,走了很多弯路,光学设计、结构设计、电路设计、软件设计,画图纸、加工、买材料等等,一系列的事情操办下来,居然花了一年多的时间,才把准备工作做的差不多。记得我们几个同事,在一个全封闭的小黑屋里,调试了将近一个月,都没有得到拉曼信号,哪怕最简单的酒精拉曼信号,都测不出来。一遍遍地筛查问题,感觉都没有问题啊,但是就是拉曼信号出不来,几乎要绝望了。

最后,整个项目进行了“归零”,全部重新评审,整个方案全部从零起步,重新分析、重新筛查,从激光出光、激光整形、激光聚焦,到收光光路、拉曼信号处理、光谱仪光学光路、电路、信号处理电路、接口等等,一点一滴地筛查。没日没夜,茶饭不思,夜不能寐,又花了一个月时间,终于找到了问题的症结点:激光的同步没做好,拉曼信号被当做暗电流扣掉了!就这一个小小的问题,整个团队折腾了两个月。放到今天,我估计2分钟就能发现问题,但是在那个时候,大家都没经验,整个团队愣是折腾了2个月。修改完问题,信号很快出来了,第一张获得的信号是测量钒酸钇晶体的拉曼信号,看到自己亲手做的仪器,终于采集到拉曼信号了,我们几个同事紧紧相拥,眼泪直流,又哭又笑,好几分钟,不肯放手,这一刻太幸福了,也太不容易啦。可能,这就是万事开头难吧!

在这个基础上,我们几个再接再励,在灵敏度、噪声、稳定性、易用性等方方面面进行很多改进,成功实现了首次20台小批量的量产,这可能也是中国国内首次实现量产的便携式拉曼光谱仪。

再后来,我们陆陆续续成功地研制了手持式拉曼光谱仪。

再到年左右,我们成功研制了第四代手持式拉曼光谱仪ATR,对整个光路、电流、软件等进行全面的优化设计,我们采用全自由空间光路,信号灵敏度提高了4倍以上,检测速度也大大加快(1-3秒),速度快、体积又小、重量又轻、操控性也非常好,全方面超越进口的手持式拉曼光谱仪器。年亮相美国PITTCON展会,国外某仪器公司的技术总监赞叹说,这是一款跨时代的产品!而年奥谱天成推出了ATR型nm手持式拉曼光谱仪,更是一鸣惊人,各方面性能都非常出色。

图1ATR型手持式拉曼光谱仪亮相美国PITTCON展会,引起轰动

短短的10年,中国的国产拉曼光谱仪,从无到有,从低头追赶到全面超越,从模仿到全面自主创新,从跟不上节奏到引领世界创新,我全部经历了整个过程。我深切的感受到,只要能沉下心来,认认真真地研究,中国是可以做出世界领先的仪器产品的。

图2ATR型nm手持式拉曼光谱仪亮相美国西部光电展

仪器信息网:您的引路人是哪位恩师?是否还珍藏着曾经的老照片?

刘鸿飞博士:厦门大学田中群院士,在拉曼行业,有着十分深刻的见解,他在中国最早呼吁拉曼光谱仪的重要性,并在年成功争取到重大科学仪器专项“等离激元拉曼光谱仪的研制与应用开发”的立项,引起了国家层面的重视,我也有幸地加入到这个团队。田院士对拉曼光谱仪的研制非常重视,对项目团队提出了“顶天立地”的要求,既要有高端科研仪器,又要能接地气,解决人们日常生活的实际问题。

事实也证明了田院士的高瞻远瞩,拉曼光谱仪这些年发展异常迅猛,在公安缉*、安全检查、塑料打假、食品安全、环境保护、药品安全、生物医疗等各个领域,全面开花,全面应用,已经在人们的生活中发挥越来越重要的,甚至是不可或缺的作用。

仪器信息网:您使用的第一台拉曼光谱仪是哪个型号?是否还能忆起它的身影?

刘鸿飞博士:我使用的第一台拉曼光谱,是美国Enwave生产的便携式拉曼光谱仪,是一台带光纤探头的便携式拉曼光谱仪,集成了一台笔记本,内装了WindowsXP操作系统,通过软件才能进行谱图采集,使用还算比较方便。这也是目前市场上大部分便携式拉曼光谱仪的原型。很可惜,Enwave在年被TSI公司收购后,并没有持续在拉曼光谱仪上进行研发,也少有新产品推出,目前在市场上已经很少见,令人惋惜。

仪器信息网:您使用的第一台拉曼光谱仪是哪个型号?是否还能忆起它的身影

刘鸿飞博士:我使用的第一台拉曼光谱,是美国Enwave生产的便携式拉曼光谱仪,很可惜,Enwave在年被TSI公司收购后,并没有持续在拉曼光谱仪上进行研发,也少有新产品推出,目前在市场上已经很少见,令人惋惜。

图3美国Enwave产的便携式拉曼光谱仪

仪器信息网:对拉曼光谱市场您有什么样的评价?有哪些因素阻碍拉曼光谱技术和应用的快速发展?

刘鸿飞博士:近10多年来,拉曼光谱在人们生活中发挥着越来越重要的作用,其市场规模也快速扩大。当前,在国外主要用在制药领域,在国内则更加广泛,公安禁*、安检、食品安全、制药等领域都得到了终端用户的认可。可以预计,未来的10年,拉曼光谱的市场规模将会进一步快速增长。

目前,制约拉曼光谱快速发展的主要原因在于应用研究发展的不够,作为一门新兴技术学科,任何一个应用的成熟,都会带来巨大的市场潜力。从目前来看,拉曼光谱在生物医疗方面已经露出苗头,比如说无创血糖监测,国际上很多大公司,包括苹果、三星等公司,都投入了巨大的人力物力,在拉曼光谱无创血糖监测的应用研究上已经取得了相当不错的进展。假以时日,拉曼光谱无创血糖监测技术的成熟,将会带来血糖检测市场天翻地覆的变化,检测血糖,将不再需要扎手指头取血了,极大地减轻血糖患者的痛苦,提升其生活质量,同时可以实时监测血糖的变化情况,给人们提供更加全面、准确的信息。

图4三星公司宣称研制成功拉曼光谱无创血糖监测技术,并将应用在GalaxyWatch4上

仪器信息网:对于拉曼光谱的明天您有什么畅享或者展望?有哪些热门领域值得

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