近日，在剛剛落幕的第二十三屆全國(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議上，北京卓立漢光儀器有限公司陳興海博士重磅發(fā)布創(chuàng)新性專有名詞“光跡-腔增強(qiáng)拉曼儀”。這一技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了拉曼光譜檢測(cè)的性能躍遷，其“性能迭代-場(chǎng)景拓展-智能融合”的發(fā)展趨勢(shì)更將從技術(shù)底層、應(yīng)用邊界到產(chǎn)業(yè)生態(tài)全方位重塑拉曼光譜領(lǐng)域，推動(dòng)該領(lǐng)域正式進(jìn)入“高靈敏、全場(chǎng)景、智能化”的全新發(fā)展階段。
▲報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)
報(bào)告人：陳興海博士
作為本次大會(huì)主題報(bào)告人，陳興海博士(教授級(jí)高級(jí)工程師)，現(xiàn)任北京卓立漢光儀器有限公司副總經(jīng)理。其科研成果豐碩，已完成多項(xiàng)科技部重大儀器項(xiàng)目及北京市項(xiàng)目，授權(quán)專利20項(xiàng)(其中發(fā)明專利11項(xiàng))，榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中華農(nóng)業(yè)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)。研究方向聚焦光電及光譜儀器研制技術(shù)及應(yīng)用，主持開(kāi)發(fā)了紫外共振拉曼光譜系統(tǒng)、太陽(yáng)電池IPCE測(cè)試系統(tǒng)項(xiàng)目、太陽(yáng)光模擬器、便攜式高光譜相機(jī)、高光譜分選儀、無(wú)人機(jī)載高光譜相機(jī)等多款核心儀器。
拉曼光譜：從“指紋識(shí)別”到技術(shù)瓶頸
拉曼光譜被稱為物質(zhì)的“指紋光譜”，其技術(shù)基于拉曼散射效應(yīng)——當(dāng)單色光照射樣品時(shí)，大部分為頻率不變的瑞利散射，少部分為頻率改變的拉曼散射(含斯托克斯與反斯托克斯散射)，散射光與入射光的頻率差“拉曼位移”僅由物質(zhì)分子振動(dòng)能級(jí)決定，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定性分析。憑借非接觸、指紋識(shí)別特性，拉曼光譜已成為材料科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的關(guān)鍵檢測(cè)手段，但傳統(tǒng)技術(shù)長(zhǎng)期受困四大瓶頸。
▲FI-LCR光跡腔增強(qiáng)拉曼光譜檢測(cè)儀產(chǎn)品
作為深耕光譜領(lǐng)域20余年的專家，陳興海博士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性融合諧振腔激光增益與空間-光譜聯(lián)合解析技術(shù)，推出“諧振腔激光增益(CEE)+線積分光譜收集(LIC)”雙機(jī)制協(xié)同方案。據(jù)介紹，該技術(shù)的核心突破在于構(gòu)建了極高功率密度的“光場(chǎng)陷阱”——激光在精密光學(xué)腔內(nèi)多次反射，有效光程可達(dá)公里級(jí)，光與樣品作用次數(shù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，信號(hào)增強(qiáng)因子已達(dá)103量級(jí)，未來(lái)通過(guò)雙諧振腔設(shè)計(jì)更有望進(jìn)一步突破。
這一突破直接破解了傳統(tǒng)拉曼技術(shù)的核心痛點(diǎn)：此前氣體、透明液體等低吸收截面樣本僅能利用0.08-1.2%的入射光子能量，而“光跡-腔增強(qiáng)拉曼技術(shù)”通過(guò)線激發(fā)-線收集技術(shù)，將激光從點(diǎn)聚焦光斑重構(gòu)為線型光斑，大幅提升空間信號(hào)捕獲率，光子利用率提升至一個(gè)數(shù)量級(jí);“光場(chǎng)陷阱”更使信號(hào)增強(qiáng)因子達(dá)103量級(jí)，突破了ppm/ppb級(jí)痕量物質(zhì)檢測(cè)的“信號(hào)淹沒(méi)”難題。
該技術(shù)還具備多重顯著優(yōu)勢(shì)：
●腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光倍頻，采用雙束腰折疊諧振腔增強(qiáng)，優(yōu)化倍頻效率與腔內(nèi)損耗平衡;
●樣品區(qū)采用模塊化硬件設(shè)計(jì)，激發(fā)光源、腔體、探測(cè)器按需組合，諧振腔長(zhǎng)按需調(diào)整;
●可搭配固定式液體腔和流動(dòng)式氣體腔，實(shí)現(xiàn)“一臺(tái)主機(jī)+N種前端”，覆蓋實(shí)驗(yàn)室研究到戶外監(jiān)測(cè)全場(chǎng)景，支持mL級(jí)微量樣品檢測(cè);
●分析模式靈活，積分增強(qiáng)與多通道并行檢測(cè)可任意切換。
其核心產(chǎn)品“光跡™腔增強(qiáng)高通量拉曼光譜檢測(cè)儀”關(guān)鍵性能指標(biāo)亮眼：
▲表1 性能指標(biāo)
同時(shí)，266nm至1064nm的多波段拓展覆蓋，使紫外波段可增強(qiáng)生物分子檢測(cè)特異性、近紅外波段適配活體成像，填補(bǔ)了傳統(tǒng)單波段儀器的應(yīng)用空白;反斯托克斯信號(hào)與門控技術(shù)的聯(lián)用，則成功規(guī)避熒光干擾，保障復(fù)雜樣品檢測(cè)精度。
領(lǐng)域變革：從實(shí)驗(yàn)室到全場(chǎng)景的“拉曼革命”
技術(shù)的突破性發(fā)展正深刻改寫拉曼光譜領(lǐng)域的應(yīng)用格局。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，該技術(shù)可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)工業(yè)園區(qū)VOCs泄漏與擴(kuò)散，助力污染源精準(zhǔn)定位和治理;快速篩查水體中痕量農(nóng)藥、內(nèi)分泌干擾物，保障水體安全，還能通過(guò)對(duì)不同尺寸及濃度樣品的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)液體中微塑料種類、尺寸、含量的檢測(cè);氣體檢測(cè)方面，可測(cè)任意氣體(單原子氣體除外)，檢出限達(dá)ppm量級(jí)，常壓下常規(guī)氣體檢測(cè)下限約1ppm，適合多領(lǐng)域氣體檢測(cè)需求。
●生物醫(yī)學(xué)方向，其無(wú)標(biāo)記研究細(xì)胞內(nèi)藥物分布、代謝產(chǎn)物，為細(xì)胞生物學(xué)研究提供非侵入性檢測(cè)手段;與微流控、3D打印的融合已達(dá)成單顆粒級(jí)拉曼檢測(cè)——基于同軸針頭、石英毛細(xì)管及3D打印支架的3D流體動(dòng)力拉曼檢測(cè)平臺(tái)，可對(duì)混合微粒樣品進(jìn)行無(wú)標(biāo)記動(dòng)態(tài)檢測(cè)，未來(lái)向單細(xì)胞級(jí)檢測(cè)的突破將推動(dòng)生命科學(xué)研究進(jìn)入“分子可視化時(shí)代”。
●工業(yè)催化領(lǐng)域，原位觀察催化劑表面反應(yīng)物、中間體、產(chǎn)物的空間分布與變化，多通道并行檢測(cè)與原位監(jiān)測(cè)能力可捕捉納秒級(jí)反應(yīng)動(dòng)態(tài)，為新能源催化劑研發(fā)提供直觀機(jī)理數(shù)據(jù)。
●產(chǎn)業(yè)生態(tài)層面，“光跡-腔增強(qiáng)拉曼技術(shù)”更成為國(guó)產(chǎn)儀器崛起的關(guān)鍵支點(diǎn)。依托卓立漢光“預(yù)研-突破-迭代”研發(fā)體系，技術(shù)實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越，模塊化設(shè)計(jì)與“一臺(tái)主機(jī)+N種前端”配置降低了生產(chǎn)成本與應(yīng)用門檻;內(nèi)置AI引擎將數(shù)小時(shí)后處理壓縮至秒級(jí)，“一鍵即結(jié)果”的體驗(yàn)讓拉曼技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，普及至工業(yè)質(zhì)檢、戶外應(yīng)急等場(chǎng)景。業(yè)內(nèi)專家指出，這一技術(shù)有望推動(dòng)高端拉曼儀器國(guó)產(chǎn)化率提升30%以上，打破國(guó)外品牌長(zhǎng)期壟斷格局。
未來(lái)展望：多技術(shù)融合開(kāi)啟無(wú)限可能
談及技術(shù)未來(lái)發(fā)展，陳興海博士表示，團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)推進(jìn)四大拓展方向：一是性能提升，采用雙諧振腔實(shí)現(xiàn)激發(fā)光能量進(jìn)一步提升，拓展激發(fā)波段至266nm/355nm/671nm/775nm/1064nm;二是干擾規(guī)避，深化反斯托克斯拉曼信號(hào)藍(lán)移特性應(yīng)用，結(jié)合門控拉曼實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間尺度熒光預(yù)覽信號(hào);三是微塑料檢測(cè)技術(shù)完善，提升復(fù)雜水體中微塑料量化精度;四是助力SERS應(yīng)用，結(jié)合微流控實(shí)現(xiàn)大規(guī)模細(xì)胞快速篩查，目標(biāo)突破單細(xì)胞級(jí)別檢測(cè)。“例如將‘光場(chǎng)陷阱’與納米材料‘熱點(diǎn)’結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)超單分子檢測(cè)突破。”他強(qiáng)調(diào)，光跡-腔增強(qiáng)拉曼技術(shù)的終極目標(biāo)是構(gòu)建“精準(zhǔn)檢測(cè)+智能分析+多場(chǎng)景適配”的技術(shù)生態(tài)，為科研創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供核心動(dòng)力。
作為國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)，卓立漢光以“創(chuàng)新光電技術(shù)，推動(dòng)科技進(jìn)步”為使命，此次技術(shù)發(fā)布不僅是企業(yè)發(fā)展的里程碑，更標(biāo)志著我國(guó)拉曼光譜研究正式躋身國(guó)際領(lǐng)先行列。隨著技術(shù)的持續(xù)迭代與應(yīng)用落地，一個(gè)由中國(guó)企業(yè)引領(lǐng)的“拉曼新時(shí)代”正加速到來(lái)。
關(guān)于卓立漢光
北京卓立漢光儀器有限公司自1999年深耕光電領(lǐng)域，是國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)、國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)，獲北京市企業(yè)技術(shù)中心認(rèn)證。公司形成“核心光電模組-分析級(jí)光電儀器-系統(tǒng)解決方案”相輔相成的發(fā)展模式：核心光電模組是基礎(chǔ)，分析級(jí)光電儀器在其基礎(chǔ)上吸收高精尖技術(shù)發(fā)展而來(lái)并反哺核心模組，系統(tǒng)解決方案則根據(jù)高端研究應(yīng)用場(chǎng)景提供一攬子方案，反饋光電前沿技術(shù)，共同推動(dòng)技術(shù)迭代。
企業(yè)核心技術(shù)覆蓋光譜優(yōu)化、拉曼分析、精密控制，斬獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，設(shè)博士后工作站引聚人才，構(gòu)建“預(yù)研-突破-迭代”研發(fā)體系，跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)持續(xù)轉(zhuǎn)化技術(shù)成果。三大核心產(chǎn)品(光譜測(cè)量系統(tǒng)、高光譜技術(shù)、精密光機(jī)系統(tǒng))已廣泛服務(wù)于高?？蒲?、刑偵民生、激光制造等領(lǐng)域，以“可靠、易用、精致、獨(dú)創(chuàng)”為產(chǎn)品內(nèi)核，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)高效響應(yīng)需求，致力于成為“光電科技引領(lǐng)者，世界品牌制造商”。
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