[行業(yè)動態(tài)]年終盤點：拉曼光譜技術(shù)與市場新動向
雖然，拉曼光譜已經(jīng)具有八九十年的發(fā)展歷史了，但其實為人們熟悉也沒有太長的時間。曾幾何時，拉曼光譜儀是一款非常高端的儀器，體積非常龐大，價格也曾高不可及，一度被認為是科學(xué)家和學(xué)術(shù)研究者才可以使用的儀器。即使現(xiàn)在回憶起那個階段，很多專家還在感慨，當時覺得拉曼光譜儀太專業(yè)了，就算有錢也不敢買。
而現(xiàn)在，隨著儀器技術(shù)的發(fā)展，儀器體積越做越小，操作越來越簡單，當然價格也已經(jīng)有所下降，很多單位已經(jīng)可以負擔(dān)得起了，同時其應(yīng)用范圍也在不斷地拓展?？梢哉f，這個曾經(jīng)只局限于少數(shù)人的光譜技術(shù)，已經(jīng)從它的學(xué)術(shù)限制中解放了出來，而且發(fā)展速度越來越快。
新產(chǎn)品、新標準、新應(yīng)用...拉曼光譜在過去的一年中表現(xiàn)得尤為活躍。鑒于此，儀器信息網(wǎng)編輯特別為大家盤點一下近期拉曼光譜領(lǐng)域的新動向。
拉曼光譜儀已成為分子光譜中發(fā)展最快的一類儀器
1928年印度物理學(xué)家拉曼(Raman)首次在實驗中觀察到拉曼散射光，因此榮獲了1930年的諾貝爾物理學(xué)獎;雖然1928年到1945年之間，拉曼光譜在物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究中發(fā)揮了重要的作用，但由于信號弱等問題，在之后的十幾年中幾乎止步不前;直到上世紀60年代，激光技術(shù)的出現(xiàn)顯著增強了拉曼信號，重新為拉曼技術(shù)的研究注入了新的活力;而1974年，F(xiàn)leischmann 等人第一次在吡啶吸附的粗糙銀電極上觀察到表面增強拉曼(SERS)信號，之后掀起了拉曼研究的新熱潮...
材料領(lǐng)域一直以來都是拉曼的“主戰(zhàn)場”。說是“主戰(zhàn)場”，是因為材料科學(xué)是拉曼最“老”的一個應(yīng)用領(lǐng)域，同時也是研究得相對最成熟的一個領(lǐng)域。而且材料領(lǐng)域的研究對拉曼光譜分析手段的依賴程度也比較高，很多專家反映，現(xiàn)在拉曼已經(jīng)成為材料科學(xué)研究領(lǐng)域必不可少的分析手段了。
而現(xiàn)階段，SERS是拉曼光譜研究領(lǐng)域當之無愧的熱點，國內(nèi)外皆如此。據(jù)悉，僅就“表面增強”一個關(guān)鍵詞搜索，每年發(fā)表的相關(guān)學(xué)術(shù)論文已經(jīng)達到2000多篇。對中國來說，80年代初就開始了SERS的相關(guān)研究工作，近幾年踏入這個領(lǐng)域的研究人員幾乎呈指數(shù)增長。而儀器信息網(wǎng)編輯在2015年也特別留意了一些課題組的研究動向，匯總了部分課題組在拉曼光譜方面的研究成果《拉曼最新研究成果盤點》。從中我們也可以發(fā)現(xiàn)，“表面增強”幾乎滲透到了每一個課題組的研究工作中。
“增長速度快”幾乎是所有人對拉曼光譜市場的共同的評價，Grand View Research最新研究報告顯示，2014年，拉曼光譜市場價值超過1.3億美元，顯示高潛力的增長，預(yù)計到2022年之間復(fù)合年增長率將超過8.5%（更多）。同時，一份Transparency Market Research (TMR)的有關(guān)全球過程光譜的市場研究報告顯示2012年在全球過程光譜學(xué)市場中，拉曼光譜占據(jù)了17.1%的市場份額，并預(yù)測拉曼光譜增長速度最快。其中特別強調(diào)，由于拉曼光譜無損的特點，在分析過程中對產(chǎn)品的化學(xué)結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生影響，因此在制藥、食品和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，有望呈現(xiàn)指數(shù)增長（更多）。而在《光譜分析技術(shù)及儀器的現(xiàn)狀和發(fā)展》(BCEIA 30年看光譜分析儀器發(fā)展)中也明確指出拉曼光譜無疑是分子光譜類儀器中發(fā)展最快的一類儀器。
對中國來說，雖然相關(guān)研究起步晚于歐美國家，但是近年來也得到了很大的發(fā)展。Ramdane BENFERHAT博士(HORIBA第一屆拉曼學(xué)院，2014年)接受儀器信息網(wǎng)采訪時就曾經(jīng)談到，“目前從銷售額方面來說，中國拉曼光譜儀市場每年增長速率為4-8%，從臺數(shù)上來說每年增長10-20%。根據(jù)現(xiàn)在的情況估計，中國市場每年拉曼光譜儀的銷售量為200臺左右(不包括手持式產(chǎn)品等)，5年之后預(yù)計每年的市場銷售臺數(shù)將達到800-1000臺?！保?a title="" target="_self" style="margin: 0px; padding: 0px; color: rgb(102, 102, 102); text-decoration: none;">更多）其實，這一點從儀器信息網(wǎng)專場的數(shù)據(jù)也可以略見端倪，據(jù)統(tǒng)計，2015年，激光拉曼光譜儀器專場PV提升7.5%，留言量增長4%。
科研成果逐漸“落地”
近年來，在拉曼光譜相關(guān)儀器方面的研究也取得了系列進展，其中在BCEIA2015的“國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項階段性成果”專區(qū)中，《等離激元增強拉曼光譜(PERS)儀器研發(fā)與應(yīng)用》和《便攜式薄層色譜━拉曼光譜聯(lián)用儀及其藥品快檢支撐系統(tǒng)》兩個國家重大儀器專項分別展出了最新的成果。
廈門大學(xué)為牽頭單位的《等離激元增強拉曼光譜(PERS)儀器研發(fā)與應(yīng)用》專項展出了LE-1增強模塊、SE-1增強模塊、便攜式食品安全現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)、便攜式環(huán)境重金屬現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)、便攜式化學(xué)涉恐危險品現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)、便攜式毒品現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)及TERS針尖等產(chǎn)品。據(jù)介紹，該項目的部分增強模塊已經(jīng)在銷售，便攜儀器正在進行認證。
2012年的國家重大儀器專項《便攜式薄層色譜━拉曼光譜聯(lián)用儀及其藥品快檢支撐系統(tǒng)》由中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)牽頭承擔(dān)，陸峰博士為項目牽頭單位負責(zé)人，上?？普苌萍加邢薰境袚?dān)薄層色譜儀器開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的主體工作，上海儀電分析儀器公司也承擔(dān)產(chǎn)業(yè)化任務(wù)。該項目將薄層色譜與拉曼光譜技術(shù)有機結(jié)合，成功研制出世界首臺高性能、全自動薄層色譜-拉曼光譜聯(lián)用儀。同時依靠多策略、全流程、可視化的網(wǎng)絡(luò)藥品快檢支撐系統(tǒng)，將為我國藥品，乃至食品、化妝品等復(fù)雜體系的分析提供一種新的解決方案。而且根據(jù)最新消息，繼2015年10月份在BCEIA 2015展出后，國內(nèi)自主研發(fā)的首臺便攜式薄層色譜-拉曼光譜聯(lián)用儀經(jīng)政府招標采購的方式，2016年1月6日正式列裝山東省食品藥品檢驗研究院。
此外，繼2013年首臺“活體單細胞拉曼分選儀”(簡稱RACS)樣機在中科院青島能源所驗收之后(該項目在青島能源所山東省能源生物遺傳資源重點實驗室徐健研究員和青島能源所兼職研究員、英國謝菲爾德大學(xué)黃巍副教授主持下，由中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所功能基因組團隊與北京惟馨雨生物科技公司聯(lián)合攻關(guān)完成)，2015年，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細胞研究中心在基于微流控的單細胞拉曼流式分選技術(shù)研究中又取得新進展，由研究員徐健和馬波領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊開發(fā)了一種基于陣列介電單細胞捕獲/釋放的快速拉曼識別技術(shù)，首次建立起基于介電單細胞捕獲/釋放的單細胞拉曼流式分選原理和裝置，為下一步發(fā)展高通量拉曼流式細胞分選儀器奠定了原理和關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
由科研到應(yīng)用 分析型儀器增長明顯
過去很長一段時間，拉曼光譜儀被認為是高端儀器，幾乎僅限于學(xué)術(shù)研究。而隨著激光器、CCD檢測器等技術(shù)的發(fā)展，儀器體積越來越小，操作越來越簡單，同時也越來越多地應(yīng)用到各領(lǐng)域中去?？傮w來說，目前拉曼光譜儀在向科研型和分析型兩個方面發(fā)展，一方面向高端研究方向發(fā)展;另一方面，向藥品檢測、食品安全等領(lǐng)域滲透，這一點在便攜/手持拉曼方面表現(xiàn)的特別明顯。
在高端產(chǎn)品方面，拉曼光譜儀慢慢走向成熟，同時在超低波數(shù)、透射拉曼、拉曼光鑷技術(shù)、TERS等方面取得了系列進展，使科學(xué)家在新材料(如低維納米材料)、藥物API分析、化妝品、生命科學(xué)領(lǐng)域的研究中獲得前所未有的信息，同時也推動了拉曼技術(shù)在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用。當然，對高端拉曼來說，一些光學(xué)元器件的性能還需要繼續(xù)提升，據(jù)中科院半導(dǎo)體所譚平恒研究員介紹，滿足普遍實驗需求的拉曼濾光片已經(jīng)擴展到近紫外波段，如氦鎘激光器的325nm，但是拉曼濾光片在紫外和深紫外波段的性能仍然受到鍍膜技術(shù)的顯著影響。另外，反射率高達99%以上的大面積高性能的平面和球面反射鏡因為鍍膜技術(shù)限制還沒有被應(yīng)用到拉曼光譜儀上。一旦這些儀器元器件能制備得更好，拉曼光譜儀的整體性能還會有突飛猛進的進步。
相對于高端產(chǎn)品，分析型拉曼光譜儀器的增長更為明顯，近幾年拉曼光譜儀在應(yīng)用市場方面的拓展就很好地闡述了這一發(fā)展趨勢。幾年之前，拉曼光譜儀只應(yīng)用在材料科學(xué)領(lǐng)域，但現(xiàn)在化學(xué)、催化、刑偵、地質(zhì)領(lǐng)域、藝術(shù)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等各個領(lǐng)域，甚至有一些QC領(lǐng)域也已經(jīng)開始使用拉曼光譜儀了?？梢哉f，拉曼光譜儀現(xiàn)在的應(yīng)用市場已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的改變，這一點在相關(guān)的學(xué)術(shù)會議中體現(xiàn)的尤為明顯。
此外，一些單位也已經(jīng)開始關(guān)注拉曼光譜儀和不同儀器的聯(lián)用技術(shù)，這無疑為儀器的應(yīng)用開拓了新的發(fā)展方向。除了國家重大儀器專項《便攜式薄層色譜━拉曼光譜聯(lián)用儀及其藥品快檢支撐系統(tǒng)》的項目外，很多廠商也在進行相關(guān)方法的開發(fā)，如布魯克的AFM和雷尼紹的拉曼光譜儀聯(lián)用;在Pittcon 2015上美國ATS公司(Acu Tech Scientific Inc)還展出了最新的拉曼產(chǎn)品AcuScan 1500，據(jù)介紹，該產(chǎn)品將Raman與HPLC相結(jié)合，既可以實現(xiàn)定性也可以實現(xiàn)定量分析。
儀器新品“層出不窮” 便攜/手持拉曼引領(lǐng)行業(yè)熱點
隨著技術(shù)的發(fā)展以及實際應(yīng)用需求的變化，小型化已經(jīng)成為分析儀器的發(fā)展潮流之一，這一點在拉曼光譜儀領(lǐng)域表現(xiàn)的尤其活躍，可以“拿出去”、應(yīng)用到各行各業(yè)的便攜拉曼光譜儀的需求增長日益明顯。
正是看好了這樣的市場商機，很多廠商都已經(jīng)開始了相關(guān)產(chǎn)品的布局，如賽默飛、必達泰克、海洋光學(xué)、日本理學(xué)、TSI等已經(jīng)在這個領(lǐng)域耕耘多年，2015年，布魯克、島津、瑞士萬通等很多廠商也紛紛邁入這個行業(yè)，帶來了新的產(chǎn)品和技術(shù)。
其中，賽默飛推出了Gemini手持式紅外/拉曼二合一分析儀，將拉曼和FTIR 技術(shù)結(jié)合在單臺儀器上，實現(xiàn)拉曼和紅外的互相驗證和補充;針對熒光干擾這個技術(shù)瓶頸，布魯克推出了基于SSETM(連續(xù)移頻激發(fā))專利技術(shù)的BRAVO便攜拉曼光譜儀;而為了滿足現(xiàn)場快速檢測日益增長的需求，島津推出了RM-3000便攜拉曼光譜儀;此外，日本理學(xué)推出了采用1064nm波長激光的Progeny ResQ手持式拉曼光譜儀;必達泰克推出了深致冷超高速智能便攜拉曼光譜儀i-Rman Pro;美國BioTools公司推出了全球首創(chuàng)的u-Raman便攜式顯微拉曼分子光譜成像系統(tǒng)和u-BioRaman便攜式生物分子顯微拉曼分子光譜成像系統(tǒng)(該款產(chǎn)品由手性振動光譜先驅(qū)Prof. L.A. Nafie教授帶領(lǐng)的專家團隊研發(fā)而成)。
值得一提的是，賽默飛的Gemini手持式紅外/拉曼二合一分析儀和日本理學(xué)的Progeny ResQ兩款儀器還榮獲了2015年R&D 100大獎。
便攜/手持拉曼光譜儀由于使用方便，價格便宜而受到不少單位的青睞。通過對中國政府采購網(wǎng)上有關(guān)便攜/手持式拉曼光譜儀的不完全統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)制藥等領(lǐng)域?qū)υ擃悆x器的采購最多，公安部門的安全檢測等也在選購相關(guān)的儀器（哪些單位在采購便攜/手持式拉曼光譜儀?）。不過，相比于大型共聚焦拉曼儀器，便攜/手持式拉曼儀器的靈敏度等還有一定的局限性，其應(yīng)用還受到一定程度的限制。因為在實際應(yīng)用中，不僅要求檢測快速，而且重復(fù)性要非常好。此外，儀器硬件、軟件等方面的集成還需要進一步加強。
總體來說，雖然便攜/手持拉曼光譜儀這個市場還比較年輕，只有10多年的發(fā)展歷程，但現(xiàn)在已經(jīng)“如火如荼”。很多專家和廠商都表示，一旦某個應(yīng)用領(lǐng)域得到突破，其市場應(yīng)用前景將不可限量，現(xiàn)有的市場需求很容易就會翻番。
“標準先行”已經(jīng)起步
對于儀器方法的推廣來說，標準顯得格外重要。標準先行，不僅可以促進應(yīng)用市場的拓展，還可以引導(dǎo)產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展。在一定程度上，拉曼光譜相關(guān)標準的滯后也在一定程度上限制了該類儀器的推廣應(yīng)用，不過現(xiàn)在情況已經(jīng)有了一定的改觀，相關(guān)的標準制定工作也在加緊進行中。
其中，2015年8月份，國家質(zhì)檢總局發(fā)布了拉曼光譜儀校準規(guī)范(JJF1544-2015)，由中國計量科學(xué)研究院和山東省計量科學(xué)研究院起草制定，2015年11月15日實施;2015版中國藥典也將拉曼正式以檢測方法列入藥典附錄，提高到了與紅外同等的位置;在中國儀器儀表學(xué)會標準化工作委員會(SCIS)制定的團體標準中，其中一項就是《激光拉曼技術(shù)玉石礦物檢測儀器》;2015年12月30日，福建省質(zhì)監(jiān)局在福州組織召開了由福建計量院、廈門大學(xué)、廈門市普識納米科技有限公司共同起草的福建省地方標準《便攜式拉曼光譜快速檢測儀》專家審定會，與會專家一致通過了對該標準的審定;而鑒于目前標準制定工作的進展和需要，中國儀器儀表學(xué)會特成立激光拉曼技術(shù)相關(guān)儀器儀表的“中國儀器儀表學(xué)會標準化工作委員會激光拉曼專業(yè)技術(shù)委員會”(2016年1月4日)。
對廠商來說，在方法開發(fā)等方面的工作也在如火如荼的進行著，其中賽默飛聯(lián)合深圳市疾病預(yù)防控制中心，基于正常油脂和廢棄油脂拉曼譜圖特有的差異性，建立了快速篩查地溝油的新方法。據(jù)悉，該方法已經(jīng)通過了認證。
新的應(yīng)用已經(jīng)在路上...
從2000年左右的碳管，到現(xiàn)在的石墨烯研究，拉曼光譜技術(shù)的發(fā)展與新興材料的研究密不可分。由于拉曼光譜具有不需要大量樣品制備工作等優(yōu)勢，其應(yīng)用領(lǐng)域甚至已經(jīng)超過了紅外，并正在開拓新的應(yīng)用方向，比如制藥、生命科學(xué)、爆炸物安全檢測、毒品、文物研究等各個方面。而且在一些國際型的學(xué)術(shù)會議中，如第24屆國際拉曼光譜學(xué)大會 (24th ICORS)、第十八屆全國光散射學(xué)術(shù)會議(18th National Conference on Light Scattering)以及由HORIBA科學(xué)儀器事業(yè)部與廈門大學(xué)固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室共同主辦的第三屆國際拉曼前沿技術(shù)高端論壇(RamanFest)(2015年)等，這些熱點已經(jīng)得到了非常明顯的體現(xiàn)。
在這里要特別提到的是，拉曼光譜儀在生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸嶄露頭角。特別在癌癥的早期診斷和拉曼輔助手術(shù)方面已經(jīng)為大家勾畫了美好的藍圖，其中后者在德國的研究比較多，或許未來內(nèi)科醫(yī)生要和分析化學(xué)家、儀器工程師一起工作了。當然，這些現(xiàn)在還都處在實驗階段，也許它還不會很快來臨，或者距離還比較遙遠，可是已經(jīng)給大家呈現(xiàn)了一個值得期待的有發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用方向。
對我國來說，拉曼光譜在生命科學(xué)方面的應(yīng)用相比國外要晚一些，但現(xiàn)在也已經(jīng)有不少課題組踏入了這個領(lǐng)域。當然，實際研究過程中還存在不少問題，比如很多做化學(xué)的人不了解代謝的機理，亦或做生物的人很難解析拉曼譜圖等。盡管如此，拉曼光譜在生命科學(xué)中的應(yīng)用依然“魅力無限”。
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