科學(xué)儀器學(xué)科與技術(shù)進(jìn)展的研究報(bào)告

 一、前言

　　科學(xué)是從測(cè)量開始的�？茖W(xué)儀器是信息的源頭，是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、公共安全、國(guó)防建設(shè)的發(fā)展都有巨大的推動(dòng)作用，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展支柱性、戰(zhàn)略性的產(chǎn)業(yè)�，F(xiàn)代科學(xué)儀器既是知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的前提，也是創(chuàng)新研究的主體內(nèi)容之一和創(chuàng)新成果的重要體現(xiàn)形式。許多學(xué)科分支都是以某種科學(xué)儀器的發(fā)明而發(fā)展起來的�？茖W(xué)儀器及其技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)與工業(yè)的基石�？茖W(xué)儀器的發(fā)展水平標(biāo)志著國(guó)家創(chuàng)新能力和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平。

　　近兩年，隨著信息科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、納米科學(xué)等深入發(fā)展，促使世界科學(xué)儀器學(xué)科與技術(shù)的進(jìn)展突飛猛進(jìn)，新技術(shù)異彩紛呈，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。另一方面，全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展不斷對(duì)技術(shù)和儀器提出許多新的需求，使科學(xué)儀器研究和應(yīng)用進(jìn)入一個(gè)前所未有的高速發(fā)展期。本文僅對(duì)近兩年來科學(xué)儀器研究、發(fā)展、新產(chǎn)品等主要部分進(jìn)行簡(jiǎn)要的綜述。

　　二、國(guó)外科學(xué)儀器科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略、趨勢(shì)及我國(guó)現(xiàn)狀

　　(一)各國(guó)都把發(fā)展科學(xué)儀器作為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略

　　在科學(xué)儀器發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)和資金投入方面，發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了各自的發(fā)展戰(zhàn)略并鎖定了目標(biāo)，有專門的投入，已成為有意識(shí)、有政策、有目標(biāo)的政府行為。如美國(guó)，其總體目標(biāo)是：保持美國(guó)在科學(xué)儀器領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，其措施除了通過政策大力鼓勵(lì)各大儀器公司加大R&D的投入外，國(guó)家還通過兩個(gè)基金會(huì)(NSF和NIH)扶助各大公司研發(fā)科學(xué)儀器。美國(guó)能源部和國(guó)防部每年也都有大量的資金投入，并有明確的目標(biāo)和要求，采用了類似于我國(guó)的橫向課題，通過合同委托的辦法進(jìn)行研發(fā)。

　　日本于2002年制定了高精密科學(xué)儀器振興計(jì)劃;歐盟在“第六框架計(jì)劃”(2002—2006)中將“科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施”(主要指科學(xué)儀器)列為第五項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容;英國(guó)科學(xué)技術(shù)辦公室(OST)建立了科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施和科學(xué)儀器投資機(jī)制并確立了投資比例;加拿大自然科學(xué)與工程研究理事會(huì)(NSFRC)制定了“研究工具、儀器和設(shè)施計(jì)劃”。

　　各發(fā)達(dá)國(guó)家都把研發(fā)先進(jìn)的大型科學(xué)儀器和實(shí)驗(yàn)設(shè)施，構(gòu)建世界級(jí)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，上升為創(chuàng)造世界一流科研成果，培育和吸引優(yōu)秀人才的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。

　　2005年世界權(quán)威性刊物《Nature》邀請(qǐng)國(guó)際上最受尊敬的科學(xué)家小組，研究和撰寫《走向2020年科學(xué)》研究報(bào)告的十條建議中的第七條提出“采取措施發(fā)展新的概念和技術(shù)工具”，其內(nèi)涵即指科學(xué)儀器。我國(guó)已將科學(xué)儀器研發(fā)列入《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》(2006—2020年)。國(guó)家發(fā)改委將科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)化列為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)�？萍疾恳褜ⅰ犊茖W(xué)儀器設(shè)備研制與開發(fā)》列入十一五國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目。2006年國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》中，將“關(guān)鍵精密測(cè)試儀器”列為主要任務(wù)和實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破的16項(xiàng)任務(wù)之一。

　　(二)科學(xué)儀器技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)

　　當(dāng)今科學(xué)儀器發(fā)展總體上呈現(xiàn)出檢測(cè)原子、分子和組份的儀器向多功能、自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展;進(jìn)行分離、分析的儀器向多維分離和分析方向發(fā)展;生命科學(xué)儀器向原位、在體、實(shí)時(shí)、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性方向發(fā)展;檢測(cè)復(fù)雜組份樣品的儀器向聯(lián)用分析儀器方向發(fā)展;用于環(huán)境、能源、農(nóng)業(yè)、食品、臨床檢驗(yàn)的儀器向?qū)Ｓ�、小型化方向發(fā)展;樣品預(yù)處理儀器向?qū)Ｓ�、快速、自�?dòng)化方向發(fā)展;用于國(guó)防和生命科學(xué)的儀器向集成化、微型全分析系統(tǒng)方向發(fā)展;監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)過程的分析儀器向在線分析、原位分析方向發(fā)展。

　　從制造技術(shù)角度看，儀器的機(jī)械部件向高精度加工、小型化方向發(fā)展;儀器的電器部件向集成化、固態(tài)化方向發(fā)展;儀器的功能部件和結(jié)構(gòu)單元向模塊化方向發(fā)展;儀器的研制向采用新技術(shù)、新機(jī)理、新材料、新器件方向發(fā)展。

　　科學(xué)儀器是一種高科技產(chǎn)品，它受益于采用各種前沿技術(shù)的最新成果，同時(shí)也面臨各種前沿技術(shù)不斷地創(chuàng)新和發(fā)展的挑戰(zhàn)�？梢灶A(yù)計(jì)，隨著生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和公共安全科學(xué)的發(fā)展，以及新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，科學(xué)儀器也會(huì)在多功能化、小型化、微型化、自動(dòng)化、智能化等方面將不斷的創(chuàng)新。

　　(三)我國(guó)科學(xué)儀器發(fā)展的現(xiàn)狀

　　我國(guó)剛開始改革開放時(shí)，由于既受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的沖擊，又受國(guó)有體制的束縛，我國(guó)科學(xué)儀器的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)低潮期，許多大型科學(xué)儀器廠紛紛入不敷出、難以為繼，科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)一度明顯萎縮。在上個(gè)世紀(jì)90年代初期，科學(xué)儀器國(guó)產(chǎn)化率只有13%。

　　隨著國(guó)有經(jīng)濟(jì)體制改革的深入和人們對(duì)于發(fā)展科學(xué)儀器重要性認(rèn)識(shí)的提高，以及民營(yíng)企業(yè)的崛起，加上整個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速所起的帶動(dòng)作用和國(guó)家從“九五”開始把“科學(xué)儀器的研制和開發(fā)”列入了科技攻關(guān)項(xiàng)目，并逐漸增加投入;國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)設(shè)立了科學(xué)儀器專項(xiàng)，中科院也設(shè)立了科學(xué)儀器創(chuàng)新研究專項(xiàng)，情況終于有所好轉(zhuǎn)。瀕臨破產(chǎn)的一些國(guó)有分析儀器廠，通過重組、改制，走出了低谷，顯示出新的活力。20世紀(jì)80年代末和90年代初，成立的一批民營(yíng)分析儀器企業(yè)的發(fā)展速度很快，近年來年銷售額的增長(zhǎng)都超過了30%，他們的產(chǎn)品已得到國(guó)內(nèi)用戶的認(rèn)可，并已有部分進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，他們之中有部分企業(yè)參與了國(guó)家“九五”和“十五”科學(xué)儀器攻關(guān)項(xiàng)目，為提高我國(guó)科學(xué)儀器水平做出了貢獻(xiàn)，并為科技創(chuàng)新的主體向企業(yè)轉(zhuǎn)移邁開了一大步。

　　通過這些儀器制造企業(yè)和相關(guān)科研工作者的共同努力，目前我國(guó)科學(xué)儀器的發(fā)展已初具規(guī)模，從地理分布來看，主要由四塊區(qū)域組成，即以北京為中心的渤海灣區(qū)域的科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)帶;以上海為龍頭的長(zhǎng)江三角區(qū)域的科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)群;以長(zhǎng)春、大連為基礎(chǔ)的東北區(qū)域的科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)化基地和新近崛起的以深圳為代表的珠江三角洲地區(qū)。“九五”結(jié)束時(shí)，以分析儀器為核心的科學(xué)儀器的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到了30%�？茖W(xué)儀器的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開始逐漸走出低谷，駛?cè)肟焖侔l(fā)展階段。部分中低檔產(chǎn)品已基本達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平：如光譜分析儀器領(lǐng)域，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原子熒光光譜儀，占領(lǐng)了整個(gè)國(guó)內(nèi)儀器市場(chǎng);中檔紫外可見分光光度計(jì)和原子吸收分光光度計(jì)，除滿足國(guó)內(nèi)常規(guī)分析的需求外，還有部分出口。當(dāng)然從總體而言，我國(guó)科學(xué)儀器還處于幼稚期，以科學(xué)儀器中的主體分析儀器為例，在當(dāng)今運(yùn)用的90余種分析儀器中，我國(guó)已有的產(chǎn)品僅為20多種，還不到1/3，再如生命科學(xué)專用儀器約有80余種，我國(guó)商品化產(chǎn)品只有16種，正在研究的10多種。但是我國(guó)科學(xué)儀器的市場(chǎng)前景十分廣闊，預(yù)計(jì)在2006~2015年期間，新購科學(xué)儀器的總額將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1,000億人民幣，這還不包括每隔5~7年需要更新?lián)Q代的數(shù)量。

　　總之，通過“九五”和“十五”攻關(guān)，我國(guó)科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)獲得了很大發(fā)展，并取得了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果。但是，長(zhǎng)期以來國(guó)外著名的儀器公司憑借技術(shù)和品牌的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)著國(guó)內(nèi)的大部分高端市場(chǎng)，特別是高檔的光譜儀、色譜儀、質(zhì)譜儀、電鏡、核磁、生化和生命科學(xué)儀器等，基本上依賴進(jìn)口。

三、近兩年國(guó)外各類科學(xué)儀器和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及我國(guó)的差距

　　(一)色譜儀

　　1.色譜儀整體性能不斷提高

　　Waters公司的UPLC、戴安公司的UltiMate 3000型液相色譜儀以及安捷倫公司的 1200型液相色譜儀，是液相色譜的代表性儀器。UPLC 使用了超高壓輸液泵(15,000 psi)，1.7μm 無機(jī)硅膠和有機(jī)硅化合物雜化的C18填料，高速采集信號(hào)，是高效、高通量、高靈敏度的分析工具。UltiMate 3000和安捷倫公司的1200型液相色譜儀可適應(yīng)從半制備量到納升級(jí)的HPLC/MS/MS的要求，適應(yīng)生物醫(yī)藥、食品、環(huán)境等領(lǐng)域的要求，有較高的技術(shù)含量。Selerity Technologies公司推出的“高溫液相色譜的預(yù)加熱裝置”，對(duì)流動(dòng)相進(jìn)行預(yù)加熱以改善分離效果。美國(guó)ESA公司推出的電霧式檢測(cè)器(CAD)，表現(xiàn)出來的多方面的優(yōu)秀性能足以使其成為高效液相色譜的通用檢測(cè)器，其靈敏度可達(dá)蒸發(fā)光散射檢測(cè)器(ELS)的10倍。它對(duì)于梯度洗脫的檢測(cè)能力也是RI檢測(cè)器所不具備的。

　　氣相色譜儀各個(gè)生產(chǎn)廠家都把電子壓力和流量控制裝置，以及整體氣路單元和精確的溫度和壓力控制技術(shù)用在整機(jī)上，使GC的自動(dòng)化、可靠性和精密度大為提高。

　　全二維氣相色譜(GC×GC)是一個(gè)剛剛興起的技術(shù)，與傳統(tǒng)的毛細(xì)管二維氣相色譜相比，其分離能力較傳統(tǒng)的色譜技術(shù)有了大幅度提高。第一臺(tái)商品化的二維氣相色譜系統(tǒng)是熱電集團(tuán)的TRACE 2DGC。該型儀器采用了低溫調(diào)制專利技術(shù)。全二維色譜和質(zhì)譜聯(lián)用、構(gòu)成全二維GC/MS/MS和全二維HPLC/MS/MS是近年國(guó)外色譜儀發(fā)展的亮點(diǎn)，全二維色譜儀綜合了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)軟件等技術(shù)，為復(fù)雜混合物的分析(如中藥、煙草、生物樣品)提供了有力的工具。

　　美國(guó)DIONEX公司推出的免化學(xué)試劑的離子色譜儀(RFIC)技術(shù)，結(jié)合了淋洗液自動(dòng)發(fā)生器，自動(dòng)再生抑制器技術(shù)以及除去淋洗液中雜質(zhì)的自動(dòng)連續(xù)再生的捕獲柱，是對(duì)實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)分析方法的重大的改進(jìn)。同時(shí)將離子色譜與脈沖安培電化學(xué)檢測(cè)器結(jié)合、構(gòu)成分離、檢測(cè)高親水性和高極性化合物，如生物和食品中的糖、氨基酸、糖醇、多元醇、生物胺以及藥品中抗生素直接測(cè)定的極佳方法。另外離子色譜與原子吸收、原子熒光、和質(zhì)譜的聯(lián)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)許多元素的形態(tài)進(jìn)行高效高靈敏度檢測(cè)，從而對(duì)多種元素的毒性和營(yíng)養(yǎng)作出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

　　2.色譜儀器向小型化發(fā)展，適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

　　氣相色譜的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是微型化。當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)日益受到重視，尤其是在食品安全，生產(chǎn)安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)等公共安全領(lǐng)域。其中代表性的產(chǎn)品有Agilent 3000、MINICAMSFM-2001、2NOSEMODEL 4200型等。安捷倫的3000型便攜式GC，使用毛細(xì)管色譜柱，芯片TCD，只有5.1 Kg，可用于石油和煤礦瓦斯氣體分析。

　　復(fù)旦大學(xué)和上海精密科學(xué)儀器有限公司聯(lián)合推出的GC190小型便攜式氣相色譜儀，北京東西電子推出便攜式光離子化氣相色譜儀為我國(guó)便攜式儀器的代表。

　　3.芯片色譜儀

　　為了適應(yīng)極少量樣品的分析，出現(xiàn)了在芯片上進(jìn)行分離的氣相、液相和離子色譜儀，如安捷倫公司發(fā)布了芯片分離的HPLC/MS(Agilent 1100 Series HPLC-Chip/MS system)。

　　德國(guó)微系統(tǒng)科技有限公司(SLS)推出的GCM 5000被譽(yù)為是當(dāng)今世界最小的氣相色譜。該色譜系統(tǒng)擁有傳統(tǒng)氣相色譜的所有功能和構(gòu)造，而尺寸只有3×2英寸，采用了半導(dǎo)體加工技術(shù)，使得分離柱只有人的指甲大小。

　　從技術(shù)上講，目前的瓶頸不是如何形成如此微小的氣相色譜系統(tǒng)，而是如何發(fā)展出微型高靈敏、高選擇性的檢測(cè)器，供微型色譜儀使用。

　　微型液相色譜系統(tǒng)的主要困難在于高壓微流量輸液。曾經(jīng)指望用電色譜來替代高壓泵，但是沒有成功。用電滲泵來間接輸液在原理上可行，但實(shí)際使用上有重復(fù)性差的問題。德國(guó)IMM研究所與日本東京大學(xué)合作進(jìn)行的芯片高壓液相色譜儀研究，幾乎攻克了所有難題，但最后仍然卡在高壓輸液泵上。

　　4.著力于色譜的核心部件色譜柱的研究與開發(fā)

　　色譜柱中的色譜固定相的研究一直是經(jīng)久不息的研究熱點(diǎn)，國(guó)外對(duì)色譜固定相的研究常常是把研究成果直接放到自己的公司去生產(chǎn)，如現(xiàn)在屬于安捷倫公司的J&W公司生產(chǎn)的毛細(xì)管氣相色譜柱，就是Jennings 把自己研究的成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。美國(guó)Astec 公司的手性毛細(xì)管氣相色譜柱也是 Armstrong (現(xiàn)為美國(guó)依阿華州立大學(xué)教授) 把自己研究的成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并組建了Astec公司。另一個(gè)特點(diǎn)是各個(gè)大公司，結(jié)合社會(huì)熱點(diǎn)、應(yīng)用需求，研制專用的高水平色譜柱。 Waters 公司的XBridge HPLC 色譜柱，可以耐受 pH 2~12的酸堿度，顆粒度有：1.7、2.5、3.5、5.0μm。Phenomenex 公司的 Germini C18 固定相，可在pH 1~12的環(huán)境中工作，在pH 11.5的溶液中有 50 天的壽命，顆粒度從3.5~10.0μm。

　　近年出現(xiàn)了高溫HPLC，因?yàn)樵诟邷叵?150~200℃)可以提高柱效，可以使用較長(zhǎng)的色譜柱和較小的顆粒的填料，可以使用純水做流動(dòng)相。適于高溫HPLC的固定相如熱電公司的石墨化碳黑、島津公司的聚合物包覆的硅膠、Supelco公司的五氟苯基丙基聚合物固定相以及二氧化鋯基固定相等。

　　至于整體柱技術(shù)，目前看起來它在學(xué)術(shù)領(lǐng)域較之商業(yè)領(lǐng)域更為活躍，該技術(shù)可以在非常低的背壓條件下獲得更高分辨率和更快的分離效果。戴安公司2005年從Teledyne Isco Inc(林肯，內(nèi)布拉斯卡州)收購了整體柱技術(shù)，目前正在從事這方面的商品化研究。而國(guó)外一些學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)則正迅速地把這項(xiàng)技術(shù)向在主鏈上進(jìn)行配位體的光接枝方面發(fā)展。日本京都技術(shù)大學(xué)Tanaka教授指出，對(duì)于硅整體柱而言，單位單元的尺寸從2.9埃減小到2.0埃，其峰容量和色譜分離效率可提高一倍。

　　5.我國(guó)產(chǎn)色譜儀的差距

　　我國(guó)在科學(xué)儀器方面和國(guó)外有較大的差距，是涉及我們的基礎(chǔ)工業(yè)、材料科學(xué)、電子技術(shù)、工藝技術(shù)等方面的差距引起的。具體到色譜儀方面主要差距：

　　氣相色譜儀：

• 電子壓力和流量控制技術(shù)。
• 柱溫箱溫度控制范圍、精度和升降溫速率。
• 色譜柱的使用溫度和分離能力。
• 檢測(cè)器品種不全，微型熱導(dǎo)檢測(cè)器和微型電子捕獲檢測(cè)器，色譜柱和軟件功能等差距大。

高效液相色譜儀：

• ·輸液泵的輸液精度與壽命。
• 檢測(cè)器種類少。
• 色譜柱、高性能色譜填料幾乎全靠進(jìn)口，色譜柱種類較少。

　　6.色譜儀器和色譜技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　色譜儀器向小型化、自動(dòng)化、聯(lián)用、多維化發(fā)展。

(二)光譜儀

　　1.原子吸收

　　德國(guó)耶拿公司推出了全球第一臺(tái)商品化的contrAA型連續(xù)光源火焰原子吸收光譜儀，采用了一個(gè)連續(xù)光源(高聚焦短弧氙燈)取代了傳統(tǒng)的空心陰極燈，輻射出從紫外線到近紅外的強(qiáng)烈連續(xù)光譜(190～900 nm)，采用了高分辨率的中階梯光柵，經(jīng)色散后所得譜線寬度可達(dá)pm級(jí)。在檢測(cè)器方面，該型儀器采用了CCD線陣檢測(cè)器以增加量子效率。從可獲得的分析信息量的角度而言，該款儀器已和ICP光譜儀相近。

　　2.原子熒光

　　這是極具中國(guó)特色的分析儀器，隨著元素形態(tài)分析領(lǐng)域的興起，色譜與原子熒光聯(lián)用技術(shù)也隨之發(fā)展起來。清華大學(xué)與北京吉天聯(lián)合研發(fā)的SA-10砷形態(tài)分析儀是一種基于氫化物發(fā)生—原子熒光技術(shù)的元素形態(tài)分析儀器，利用液相色譜進(jìn)行分離，用氫化物發(fā)生—原子熒光對(duì)液相色譜流出物定量，檢測(cè)元素的不同形態(tài)，能夠更有效地評(píng)價(jià)樣品中元素的生物危害性，能夠有效地檢測(cè)As、Hg、Se等元素的多種形態(tài)，可在食品、衛(wèi)生、藥物、飼料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的檢測(cè)中應(yīng)用。我國(guó)還有多個(gè)企業(yè)生產(chǎn)原子熒光光譜和元素形態(tài)分析儀。

　　3. MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)光譜技術(shù)

　　采用微型制造技術(shù)，將機(jī)械部件，傳感器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電子系統(tǒng)利用顯微加工技術(shù)，集成到一個(gè)普通的基材(硅、鋁或其他)上。MEMS可以改進(jìn)現(xiàn)有所有產(chǎn)品領(lǐng)域，并賦予產(chǎn)品新的特質(zhì)和性能，出現(xiàn)新一代的過程光譜分析儀。

　　4.紅外光譜

　　紅外光譜是最常用的結(jié)構(gòu)分析和組成分析工具，近兩年來紅外光譜技術(shù)三個(gè)方面有明顯進(jìn)展：(1)紅外化學(xué)成像(紅外和近紅外);(2)紅外光譜數(shù)據(jù)處理;(3)編碼調(diào)制紅外光譜。

　　(1)紅外化學(xué)成像

　　化學(xué)成像是一種同時(shí)提供空間的、化學(xué)的、結(jié)構(gòu)的和功能的信息，是一組三維的數(shù)據(jù)塊，化學(xué)圖像數(shù)據(jù)為海量數(shù)據(jù)，使用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行處理。

　　近兩年的進(jìn)展主要表現(xiàn)在共焦平面紅外陣列檢測(cè)器與FT-IR光譜儀器的耦合研究方面，目前發(fā)展方向傾向于使用線陣檢測(cè)器，可避免面陣中壞象素的影響，值得關(guān)注的是如SPECTRALDIMENSIONS公司研制開發(fā)的專用和在線化學(xué)成像分析儀，用于制藥，高分子，食品，法醫(yī)，反恐等領(lǐng)域。

　　(2)紅外光譜數(shù)據(jù)處理技術(shù)

　　多維紅外光譜數(shù)據(jù)的處理在近兩年內(nèi)得到了特別的關(guān)注。研究最多的是二維光譜。

　　(3)編碼光度紅外光譜測(cè)定法

　　這是一種新技術(shù)，一個(gè)編碼轉(zhuǎn)盤部件產(chǎn)生干涉圖，經(jīng)過傅立葉變換得到紅外光譜圖，可以用于檢測(cè)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和產(chǎn)物的信息，非常適合在線檢測(cè)，適用于散射光譜，透射光譜和吸收光譜技術(shù)的應(yīng)用。它具有速度快和抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，更簡(jiǎn)單，成本低等的優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)ASPECTRICS 公司擁有這項(xiàng)新技術(shù)，目前產(chǎn)品已經(jīng)投放市場(chǎng)。2006年度獲得《研究與開發(fā)雜志》頒發(fā)的百名市場(chǎng)影響力最強(qiáng)新技術(shù)產(chǎn)品獎(jiǎng)。

　　5.近紅外光譜

　　當(dāng)前，近紅外分析已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、石油、化工等領(lǐng)域，近紅外儀器已經(jīng)形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)，國(guó)際上近紅外技術(shù)市場(chǎng)主要被美國(guó)熱電尼高力公司、丹麥FOSS公司、德國(guó)布魯克公司、瑞典Perten公司等分析儀器企業(yè)占據(jù)。我國(guó)的近紅外技術(shù)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過20余年的發(fā)展也具有了一定的規(guī)模，北京英賢公司和上海棱光公司是其中的代表。

　　目前國(guó)際上主要從事近紅外儀器研發(fā)、生產(chǎn)的公司也在把主要精力投向模型和方法的研究與開發(fā)上，因此共享模型和方法標(biāo)準(zhǔn)的研究將是近紅外技術(shù)今后幾年發(fā)展的主要方向�？上驳氖�，我國(guó)的部分科研院所，如石化院、中國(guó)農(nóng)大、湖南大學(xué)，中南大學(xué)，第二軍醫(yī)大學(xué)等目前已在化學(xué)計(jì)量學(xué)方面進(jìn)行了非常出色的工作。目前我國(guó)近紅外光譜技術(shù)正處頂盛時(shí)期的前夜，有許多方面走向世界前列。

　　華東理工大學(xué)的杜一平教授獲2006年BUCHI近紅外光譜學(xué)國(guó)際獎(jiǎng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)是瑞士BUCHI公司為表彰本年度近紅外光譜學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)而設(shè)立的，獲獎(jiǎng)原因是提出和應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)算法region orthogonal signal correction(ROSC)，解決了近紅外光譜中共存組分的光譜干擾問題。

　　6.在光譜技術(shù)領(lǐng)域值得關(guān)注的三項(xiàng)新技術(shù)取得重大突破

　　(1)太赫茲輻射技術(shù)及其相關(guān)儀器的新進(jìn)展

　　近二年來，太赫茲輻射技術(shù)取得了不斷的進(jìn)步，特別是這些技術(shù)的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展，相關(guān)儀器開發(fā)和國(guó)防、安全檢查、材料識(shí)別與診斷、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用都取得了許多進(jìn)步。

　　太赫茲輻射(T-射線波長(zhǎng)為3,000~30微米范圍內(nèi)的電磁波)可以像X-射線那樣穿過某些材料，“看”到其背后的物質(zhì)。T-射線光子能量極低，不會(huì)對(duì)人體和其他材料造成電離，大多數(shù)包裝材料如紙張、碳素板、塑料等對(duì)T-射線都是透明的，而金屬和含有水分的材料不能透過T-射線，可以利用T-射線進(jìn)行成像，透視出包裝物品內(nèi)部物體的T-射線圖像來，從而可以應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)行李箱的安全檢查和醫(yī)生對(duì)人體內(nèi)有損傷或破裂器官的檢查。該技術(shù)的最大困難在于難探測(cè)到比較微弱的太赫茲輻射信號(hào)。

　　太赫茲技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括太赫茲光譜、太赫茲成像和太赫茲通訊幾個(gè)方面。美國(guó)PicoMatrix公司和Zomega Technology公司、英國(guó)TeraVIEW公司、日本Nikon公司、布魯克光譜公司都相繼開發(fā)出了太赫茲光譜儀和成像系統(tǒng)。

　　太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)，目前仍然是太赫茲光譜技術(shù)的核心研發(fā)領(lǐng)域。

　　太赫茲成像技術(shù)，目前主要向著實(shí)時(shí)成像、全息成像和三維立體成像技術(shù)方向發(fā)展。利用太赫茲電場(chǎng)相位信息的相位成像技術(shù)，是當(dāng)前國(guó)際上積極發(fā)展的太赫茲成像技術(shù)之一。

　　為了發(fā)展小型化太赫茲系統(tǒng)，基于飛秒光纖激光器的太赫茲產(chǎn)生與探測(cè)系統(tǒng)，已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)室原型樣機(jī)出現(xiàn)。太赫茲光子器件的研發(fā)，如太赫茲透鏡、太赫茲濾波片、太赫茲波帶片等光子學(xué)器件，已經(jīng)吸引了國(guó)際科技界的廣泛關(guān)注。

　　美國(guó)、日本和歐洲相繼將太赫茲技術(shù)列為未來幾年發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

　　我國(guó)于2003年啟動(dòng)了“太赫茲物理器件及應(yīng)用研究重大項(xiàng)目”。“我國(guó)首臺(tái)基于電子激光的太赫輻射源”被評(píng)為我國(guó)2005年基礎(chǔ)研究十大新聞的第三項(xiàng)。

　　(2)光學(xué)分子成像系統(tǒng)

　　分子影像學(xué)是一門新興的、交叉的科學(xué)，具有傳統(tǒng)成像所不具有的特點(diǎn)：無創(chuàng)傷、實(shí)時(shí)、活體、特異、精細(xì)(分子水平)的顯像等獨(dú)特性質(zhì)。

　　國(guó)外光學(xué)分子成像系統(tǒng)

　　A. 精諾真活體內(nèi)可見光成像系統(tǒng)——Xenogen-200

　　200系列體內(nèi)可見光成像系統(tǒng)，可以做激發(fā)熒光和自發(fā)熒光斷層成像，可實(shí)現(xiàn)三維熒光光源的重建。它的探測(cè)深度為：顱內(nèi)可達(dá)3~4cm，分辨率為1~3mm。

　　B. KODAK高性能數(shù)碼成像系統(tǒng)——KODAK

　　它能進(jìn)行二維成像，分辨率為厘米級(jí)。不能進(jìn)行三維成像。

　　C. 小動(dòng)物光學(xué)分子成像系統(tǒng)——GE

　　GE Healthcare通用電氣醫(yī)療集團(tuán)的eXplore Optix小動(dòng)物光學(xué)分子成像系統(tǒng)，是激發(fā)熒光成像設(shè)備，探測(cè)深度：靈敏度高的時(shí)候，為1.5~2cm;靈敏度低的時(shí)候，為3~4cm。分辨率為0.5~3mm。雖然國(guó)外已經(jīng)做出了光學(xué)分子成像系統(tǒng)，不同程度上還是有一定的缺陷。

　　國(guó)內(nèi)光學(xué)分子成像系統(tǒng)

　　國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)、天津大學(xué)等少數(shù)的科研單位正在研制激發(fā)熒光斷層成像(FMT)原型系統(tǒng)。截止到目前為止，國(guó)內(nèi)還沒有擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光學(xué)分子成像設(shè)備。在綜合上述3種國(guó)外光學(xué)分子成像設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)并對(duì)缺陷進(jìn)行了改進(jìn)之后，我國(guó)構(gòu)建了BLT/FMT原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括熒光信號(hào)采集裝置、圖像信號(hào)預(yù)處理模塊以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以完成自發(fā)熒光斷層成像(BLT)和激發(fā)熒光斷層成像(FMT)。BLT軟件已獲得我國(guó)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，BLT/FMT的研究已列入國(guó)家973計(jì)劃。

     中科愷盛利用中科院的分子影像技術(shù)，成功開發(fā)出“二維實(shí)時(shí)在體生物自發(fā)光分子影像系統(tǒng)”、“三維多模態(tài)多光譜生物自發(fā)光分子影像系統(tǒng)”系列產(chǎn)品，并于今年2月生產(chǎn)出我國(guó)第一臺(tái)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端醫(yī)療器械——生物自發(fā)熒光分子影像系統(tǒng)，從而結(jié)束了我國(guó)在分子影像這一新興領(lǐng)域沒有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)高端醫(yī)療器械的歷史。和目前國(guó)際上少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的類似產(chǎn)品比較，中科愷盛的分子影像系統(tǒng)不僅能對(duì)對(duì)象的在體進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)無創(chuàng)觀察；而且因其攻克了目前光學(xué)分子影像設(shè)備無法解決生物組織“非勻質(zhì)下重建”的難題，還能在體區(qū)分出心、肝、脾、肺等各個(gè)組織器官。此外，該系統(tǒng)采用了世界領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)圖像重建算法，國(guó)外產(chǎn)品的空間誤差一般在2-3毫米，而該設(shè)備已能把誤差控制在0.5到1毫米。大大地提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　(3)表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)

　　表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)技術(shù)具有靈敏度高、干擾小的特點(diǎn)，適合于研究界面效應(yīng)，可以解決生物化學(xué)、生物物理和分子生物學(xué)中的許多難題。以往由于重現(xiàn)性不好等問題，SERS在分析測(cè)試中還沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。近年來， SERS的最新成果有望解決超高靈敏度分析問題，甚至進(jìn)行生物單細(xì)胞和單分子以及納米結(jié)構(gòu)的分析。針尖增強(qiáng)拉曼顯微技術(shù)(Tip-enhanced Raman microscopy)利用金屬涂層的懸臂在針尖區(qū)域產(chǎn)生增強(qiáng)信號(hào)，使得在與針尖相接觸的被研究物表面有可能測(cè)定SERS信號(hào)。生物芯片與SERS技術(shù)的結(jié)合也是一個(gè)令人感興趣的方法。在芯片表面通過固定生物病原體以及對(duì)SERS有活性的金屬，來測(cè)定出SERS信號(hào)。這些方法還有一些技術(shù)難題需要解決，但超高的SERS信號(hào)為建立高靈敏度的分析方法提供了可能，其前景是很誘人的。

(三)質(zhì)譜儀及其分析技術(shù)的新進(jìn)展

　　質(zhì)譜分析技術(shù)是探索物質(zhì)組分和結(jié)構(gòu)的最有力手段，在引發(fā)的物理、化學(xué)、生物的一系列科學(xué)突破中起著關(guān)鍵作用，所以諾貝爾獎(jiǎng)曾于1906、1911、1922、1989、1992和2002年度，授予與質(zhì)譜儀和質(zhì)譜分析理論有關(guān)的7位科學(xué)家。

　　離子化技術(shù)和質(zhì)量分析器是質(zhì)譜技術(shù)的核心，前者是把待分析樣品分子轉(zhuǎn)化為離子，后者是把離子按其質(zhì)量分離并分別測(cè)量它們的數(shù)目，構(gòu)成質(zhì)譜圖。

　　1.離子化技術(shù)的新進(jìn)展

　　離子化新技術(shù)主要包括電噴霧(Electrospray Ionization, ESI)和基質(zhì)輔助激光解吸電離(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI)兩項(xiàng)離子化技術(shù)。這兩項(xiàng)離子化技術(shù)、近年來又取得以下重要的進(jìn)展。

　　(1)解吸電噴霧電離(DESI)是ESI技術(shù)的延伸。溶劑(含少量電介質(zhì))流入霧化器的毛細(xì)管，噴出的帶電霧滴及離子在霧化氣的帶動(dòng)下，轟擊處于對(duì)面的樣品靶，將靶上的樣品解吸并電離成離子。DESI的最大特點(diǎn)是無需提取、分離等繁雜的樣品前處理，而且離子化是在大氣壓下進(jìn)行，能在很短的時(shí)間內(nèi)完成樣品的分析，靈敏度也很高。DESI的特點(diǎn)使這一技術(shù)可在檢測(cè)爆炸物、化學(xué)戰(zhàn)劑、毒品等方面得到重要應(yīng)用。

　　實(shí)時(shí)直接分析(DART) 是與DESI類似的離子化技術(shù)，它使用激發(fā)態(tài)氦原子作為離子化試劑，也有很高的靈敏度。

　　(2)硅表面上解吸電離(DIOS) 是用電化學(xué)方法腐蝕硅片，形成多孔(微孔)表面，將樣品涂于硅片表面，再置于激光的照射下，可使樣品解吸并電離。

　　MALDI需要使用基質(zhì)，這些基質(zhì)產(chǎn)生大量的質(zhì)譜峰，構(gòu)成很高的背景，使分析發(fā)生困難。DIOS 不使用基質(zhì)，因而背景十分干凈，有利于分析小分子。用DIOS分析藥物WIN，得到清晰的質(zhì)譜圖。DIOS 用于分析蛋白質(zhì)也可提高氨基酸序列的覆蓋率。DIOS 還有較高的耐鹽性。

　　最近研究揭示，硅片上刻槽或?qū)⒔饘倨�腐蝕成多孔，只要槽或孔的尺寸在亞微米級(jí)，就具有無基質(zhì)激光電離的性能。

　　(3)飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜(TOF—SIMS)的離子源，在提高質(zhì)量分辨水平方面取得突破進(jìn)展，最重要的是該技術(shù)特別適用于有機(jī)物表面分析，大面積成像和有機(jī)物深度分析，適合生命科學(xué)需求。

　　2.質(zhì)量分析器的新進(jìn)展

　　質(zhì)量分析器的研究朝兩個(gè)方向發(fā)展，一是發(fā)展新型高分辨率的質(zhì)量分析器，二是質(zhì)量分析器的微型化。近年來有以下新進(jìn)展：

　　(1)軌道離子阱(Orbitrap) 。其最大特點(diǎn)是無磁場(chǎng)、無高頻電場(chǎng)，只用靜電場(chǎng)，屬靜電場(chǎng)離子阱。軌道離子阱的分辨率高達(dá)15萬，質(zhì)量測(cè)量準(zhǔn)確度可優(yōu)于2 ppm。在制作成本以及運(yùn)行維持費(fèi)上，比離子回旋共振質(zhì)譜低很多。這種質(zhì)譜儀在藥物研究、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等重大研究領(lǐng)域迅速得到廣泛應(yīng)用。

　　(2)質(zhì)量分析器微型化。在 Oak Ridge National Laboratory 工作的 Mike Ramsey 和 Bill Whitten 以及在 Nanofabrication Laboratory at Bell Laboratories 工作的 Stanley Pau 3人合作，在25 mm2 的芯片上制作了 256 個(gè)微型離子阱陣列。這種微型離子阱可在 10-4 Torr 低真空下工作，可免去使用昂貴的渦輪泵。這種微型質(zhì)譜儀將來可能進(jìn)入醫(yī)生診所，成為臨床診斷的儀器。

　　3.質(zhì)譜各種聯(lián)用技術(shù)的進(jìn)展

　　Perkin Elmer 2006年推出新一代的Clarus 600 GC/MS，以柱溫箱設(shè)計(jì)為例，提高升溫和降溫速率，縮短循環(huán)時(shí)間，提高樣品分析效率和儀器投資回報(bào)率。其中EI和PCI/NCI的靈敏度指標(biāo)也處于行業(yè)先進(jìn)水平。

　　熱電公司推出最新四級(jí)桿氣質(zhì)聯(lián)用儀DSQ Ⅱ，配置了最新的離子源和檢測(cè)系統(tǒng)，定量分析的線性范圍超過6個(gè)數(shù)量級(jí)，掃描速度達(dá)到11,000amu/sec;組合式傅立葉變換—離子回旋共振質(zhì)譜儀FTICR—LTQFT Ultra，該儀器質(zhì)量精確度達(dá)到亞ppm級(jí)，分辨率超過750,000。

　　島津公司推出新一代的GC/MS—QP2010 plus，采用獨(dú)立加溫的高效離子源，大容量排氣泵，ODLenS的檢測(cè)器等技術(shù)。

　　安捷倫科技公司新一代氣質(zhì)聯(lián)用儀 —— 5975 inert MSD，此系統(tǒng)具有全新的用戶界面，可以通過電子方式共享各種應(yīng)用方法。該系統(tǒng)的推出，使用戶可從網(wǎng)上下載分析方法而不用自行創(chuàng)建，從而加快了實(shí)驗(yàn)室之間各種方法的轉(zhuǎn)移和標(biāo)準(zhǔn)化。分析工作者還可以利用最新版的軟件，將原來的5973系列MSD方法轉(zhuǎn)移到新的5975 inert MSD中。

　　4. 我國(guó)質(zhì)譜儀研發(fā)的進(jìn)展

　　我國(guó)近幾年起步研發(fā)和銷售通用的質(zhì)譜儀。東西分析儀器公司已小批量投產(chǎn)GC/MS3100(四極質(zhì)譜)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物研究中心正研發(fā)MSQ-1000平板直線離子質(zhì)譜，上海精料與復(fù)旦大學(xué)聯(lián)合開發(fā)了MS-800ESI-TOFO。上海大學(xué)和上�？苿�(chuàng)色譜公司聯(lián)合研發(fā)成功GC-TOF-MS。這些國(guó)產(chǎn)儀器將在食品安全、藥檢、商檢、農(nóng)林、化工、生命科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：

(1)向高精密方面發(fā)展。

(2)向小型質(zhì)譜儀發(fā)展。在各類質(zhì)譜中，生物質(zhì)譜成為有機(jī)質(zhì)譜中最活躍、最具有生命力的前沿研究領(lǐng)域之一。小型質(zhì)譜主要以四級(jí)桿、離子阱和飛行時(shí)間質(zhì)譜為主。廣泛地應(yīng)用于環(huán)境、農(nóng)業(yè)、食品、藥檢、公共安全。各類質(zhì)譜儀全球市場(chǎng)狀況可參考美國(guó)SDI公司2006年出版的《實(shí)驗(yàn)室生命科學(xué)和分析儀器工業(yè)市場(chǎng)分析與展望》。

(四)核磁共振儀

　　核磁共振(NMR)在科學(xué)上具有重要的地位并對(duì)推動(dòng)物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的發(fā)展起到了非常重要的作用。因此諾貝爾獎(jiǎng)曾6次授予NMR工作者，授獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)域涉及物理(1944、1945、1952年度)、化學(xué)(1991、2002年度)、生理或醫(yī)學(xué)(2003年度)。NMR的廣泛應(yīng)用，特別是來自生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的需求，推動(dòng)了NMR譜儀技術(shù)的迅速發(fā)展。近年來有以下進(jìn)展和突破：

　　1.核磁共振波譜儀(NMR)

　　(1)核磁共振對(duì)高磁場(chǎng)強(qiáng)度的追求是無止境的。

　　高強(qiáng)度帶來的是NMR靈敏度和頻譜分辨率的提高、四極展寬的減小、弛豫特性的改變等。繼800MHz NMR譜儀逐步普遍化之后，900MHz譜儀的市場(chǎng)和用戶迅速增加，幾個(gè)主要公司已經(jīng)了推出950MHz的譜儀。1GHz及以上的高分辨液體NMR譜儀已經(jīng)在研制之中。美國(guó)強(qiáng)磁場(chǎng)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(NHMFL)采用超導(dǎo)和水冷混合磁體，研制出了磁場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)40T(1.7GHz)的固體核磁共振譜儀。隨著新型超導(dǎo)技術(shù)、超穩(wěn)定技術(shù)和超屏蔽技術(shù)等的不斷進(jìn)步，已經(jīng)制造出了4.2K的800MHz磁體。雜散磁場(chǎng)大大縮小，磁體重量、液氦和液氮消耗、制造和維持成本顯著降低。

　　例如：Bruker BioSpin集團(tuán)推出了世界首款950 MHz主動(dòng)屏蔽超導(dǎo)磁體——950 US2，該產(chǎn)品融合了Bruker BioSpin獨(dú)有的UltraShield(TM)主動(dòng)屏蔽技術(shù)和UltraStabilized(TM)附加制冷技術(shù)，從而具有更為出色的靈敏度和譜色散，但其低溫保持器的尺寸和低溫性能較之900 US2沒有改變。

　　(2)譜儀包含的射頻系統(tǒng)、脈沖磁場(chǎng)系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)，每3～5年就有一次重大升級(jí)

　　全數(shù)字化的核磁共振譜儀無疑將成為未來NMR儀器市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。新型譜儀相繼采用了高頻和寬帶接收器，從根本上解決了正交檢測(cè)的相位和幅度匹配問題。中高端譜儀多具有自動(dòng)勻場(chǎng)功能。探頭的自動(dòng)調(diào)諧技術(shù)逐步成為標(biāo)準(zhǔn)配置，普遍采用的多道同時(shí)檢測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)同核異核的雙道同時(shí)檢測(cè)。

　　(3)低溫探頭(20K)是重大突破之一

　　800MHz低溫探頭的信噪比(0.1%乙基苯)可以達(dá)到7600:1。低溫探頭靈敏度提高的關(guān)鍵是降低了熱噪音。現(xiàn)已出現(xiàn)接收線圈和前級(jí)放大器同時(shí)置于低溫的探頭。

　　(4)多功能化和集成化趨勢(shì)極為明顯

　　配置固體探頭(CP/MAS)和適用于生物組織的高分辨魔角旋轉(zhuǎn)探頭(HR/MAS)的用戶越來越多。后者在代謝組學(xué)分析中有著廣泛應(yīng)用。核磁共振譜儀與液相色譜(LC)和質(zhì)譜儀(MS)的集成(LC-MS-NMR)在復(fù)雜混合物定性和定量分析以及結(jié)構(gòu)鑒定方面具有廣大的市場(chǎng)。LC中的固相萃取、飛行時(shí)間質(zhì)譜(TOF)和多級(jí)質(zhì)譜(如MS/MS/MS等)已經(jīng)用在集成的儀器之中。

　　例如：美國(guó)瓦里安公司與諾伊大學(xué)-香檳分校(UIUC)合作推出一款生物固體核磁共振探頭——Bio-MAS(TM)。Bio-MAS(TM)采用了目前正在申請(qǐng)專利的卷形線圈設(shè)計(jì)技術(shù)，從而使得Bio-MAS(TM)的發(fā)熱量較之常規(guī)探頭降低了3倍。發(fā)熱會(huì)對(duì)寶貴的固體生物樣品造成破壞，而新產(chǎn)品使樣品的試驗(yàn)壽命提高了至少1倍以上。

　　我國(guó)NMR儀器至今全部依靠進(jìn)口。最近將“300MHz～500MHz核磁共振波譜儀的研發(fā)項(xiàng)目”已經(jīng)列入十一五“國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大專項(xiàng)”。

　　2.核磁共振成像儀(MRI)

　　核磁共振波譜和成像儀器具有“量大面廣”的特性。基于核磁共振原理的儀器還有石油測(cè)井儀和探水儀。核磁共振測(cè)井儀器能夠提供油井內(nèi)原油和水的定量分布或原油的儲(chǔ)備信息。每年核磁共振測(cè)井量超過3000多口，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，要求儀器具有快響應(yīng)和能夠適應(yīng)地下高溫、泥沙等惡劣環(huán)境。核磁共振測(cè)井儀的生產(chǎn)廠商集中在美國(guó)。我國(guó)磁共振測(cè)井儀已經(jīng)研制成功。磁共振探水儀主要用于探測(cè)地下水源，俄羅斯生產(chǎn)儀器的探測(cè)深度可以達(dá)到160m以上，我國(guó)研發(fā)的核磁共振探水儀深度在150m左右，其產(chǎn)業(yè)化示范已列入十一五“國(guó)家科技發(fā)展支撐計(jì)劃重大專項(xiàng)”。

　　(五)微區(qū)分析儀(電子、粒子束微區(qū)分析儀)

　　利用電子、粒子束探索和分析樣品表面形貌、原子和分子結(jié)構(gòu)、元素組成、化學(xué)狀態(tài)的儀器稱為微區(qū)分析儀。這部分儀器種類很多，其中在材料科學(xué)、微電子學(xué)、化學(xué)與催化、環(huán)保、能源、生命科學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用很廣、發(fā)展很快的是電子顯微鏡和電子能譜儀。電子顯微鏡是人類認(rèn)識(shí)自然，特別是微觀世界的有力武器。電子顯微鏡的發(fā)展推動(dòng)了人類對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)極限的挑戰(zhàn)。近年來，由于像差校正等技術(shù)突破以及納米科技、信息科學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科需求牽引，電子顯微鏡正處于革命性發(fā)展階段，其主要標(biāo)志是近年來電鏡的分辨本領(lǐng)有異乎尋常的提高，點(diǎn)分辨本領(lǐng)突破1埃的限制，能量分辨本領(lǐng)達(dá)到0.1 eV水平。

　　1.掃描電子顯微鏡(SEM)

　　掃描電鏡技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)是提高分辨率。場(chǎng)發(fā)射槍在掃描電鏡上早已廣泛應(yīng)用，近年發(fā)展低壓電鏡(LVSEM)、環(huán)境掃描電鏡(ESEM)和低能級(jí)電鏡(SLEEM)，以適用于生物樣品和不需噴涂導(dǎo)電膜，低壓時(shí)就可觀察絕緣樣品或半導(dǎo)體樣品，為發(fā)展固態(tài)表面研究，促進(jìn)SEM朝低能級(jí)方向發(fā)展。

　　FEI公司最新的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡Nova NanoSEM是世界上第一款能對(duì)非導(dǎo)電樣品和有污染樣品進(jìn)行超高分辨表征的低真空?qǐng)霭l(fā)射掃描電鏡。與NanoSEM同時(shí)發(fā)布的FEI Helix探測(cè)技術(shù)將浸入式透鏡和低真空掃描電鏡兩種技術(shù)成功地組合在一起，這是首創(chuàng)，給用戶帶來超高分辨率的同時(shí)，還能在低真空環(huán)境下有效地抑制非導(dǎo)電材料的電荷積累效應(yīng)，抑制樣品前處理過程中引起的電子束誘導(dǎo)污染。

　　日本電子推出的移動(dòng)式掃描電子顯微鏡(SEM)“Carry Scope JCM-5100”大大簡(jiǎn)化了觀測(cè)條件的設(shè)置，在和光學(xué)顯微鏡同等便利的條件下，可得到SEM特有的高觀測(cè)景深和高分辨率數(shù)據(jù)。同時(shí)通過減小尺寸、減輕重量，用戶可輕松移動(dòng)掃描電子顯微鏡。啟動(dòng)掃描電子顯微鏡時(shí)只需一個(gè)100V電源插頭。該儀器簡(jiǎn)化了老式SEM所需的設(shè)置(加速電壓、光圈調(diào)整等作業(yè))，放入樣本，大約1分鐘進(jìn)行真空排氣后，即可得到具有立體效果的高分辨率觀測(cè)畫面，分辨率也達(dá)到了4埃(0.4nm)。

　　2.透射電子顯微鏡

　　2005年8月FEI公司發(fā)布了新一代Titan80-300亞埃分辨率像差校正透射電鏡，分辨率高達(dá)0.07nm。FEI公司近年來投資1億歐元研制新一代透射電鏡。據(jù)悉已接受25臺(tái)Titan電鏡的訂單。2006年9月日本日立公司展示了HD-2700像差校正掃描透射電鏡;日本電子公司與英國(guó)牛津和劍橋大學(xué)合作開發(fā)的像差校正透射電鏡的分辨率也已突破1埃(0.1nm)。

　　美國(guó)為了保持其科學(xué)研究能搶占先機(jī)，由能源部支持的五大電鏡實(shí)驗(yàn)室共同研發(fā)下一代像差校正透射電鏡，建造可分辨0.5埃、單價(jià)數(shù)百萬至千萬美元的新型電鏡，計(jì)劃2008年完成。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)近期也已投巨資開展“理想的電子顯微鏡”關(guān)鍵部件的研制工作。

　　亞埃、亞eV透射電鏡的出現(xiàn)為物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究開拓了眾多的研究領(lǐng)域，包括物質(zhì)結(jié)構(gòu)的亞埃尺度研究、物質(zhì)電子結(jié)構(gòu)的亞電子伏特分辨水平的研究，原位有環(huán)境反應(yīng)的實(shí)時(shí)觀測(cè)、埃級(jí)尺度的電子束加工及原位表征等。

　　電子顯微鏡的另一個(gè)重要突破是低溫電鏡的出現(xiàn)及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用。生命科學(xué)對(duì)獲取更高分辨率的分子圖像的要求十分迫切。對(duì)于膜蛋白、蛋白質(zhì)復(fù)合體等大分子結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的X光衍射方法和核磁共振法非常困難，將生物樣品降至-150°C以下，可有效減少輻照損傷，使電子顯微鏡逐漸成為研究生物大分子結(jié)構(gòu)的最佳工具之一。

　　透射電鏡技術(shù)發(fā)展主要方向是提高分辨率。特別是在中等電壓電鏡中獲得“亞埃的空間分辨率”和“亞電子伏特的能量分辨率”。

　　國(guó)內(nèi)20世紀(jì)80年代初生產(chǎn)過100KV透射電鏡，后停產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)只有中科集團(tuán)是唯一生產(chǎn)掃描電鏡的廠家。透射電鏡國(guó)內(nèi)尚屬空白�？萍疾恳褜ⅰ皥�(chǎng)發(fā)射槍透射電子顯微鏡的研制”列入“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目《科學(xué)儀器設(shè)備與開發(fā)》中。

　　3.電子能譜儀

　　作為樣品表面元素分析的方法和儀器很多，其中應(yīng)用最廣、最成熟和有效的是X射線能譜儀(XPS)和俄歇電子能譜儀(AES)，近兩年電子能譜儀的新進(jìn)展和趨勢(shì)如下：

　　(1)平行X光電子成像(XPS imaging)技術(shù)，可快速(從幾秒到幾分鐘)進(jìn)行微區(qū)元素和化學(xué)價(jià)態(tài)空間分布分析。分辨率優(yōu)于3μm，最好的能達(dá)到1μm;

　　(2)單色化的X射線源(小面積XPS分析)成為主流配置，雙陽極X射線源(大面積XPS分析)成為選項(xiàng)配置;

　　(3)最佳能量分辨率優(yōu)于 0.45eV，進(jìn)行精細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)價(jià)態(tài)分析;

　　(4)在高能量分辨率條件下可獲得高靈敏度分析，故可快速采集元素和其化學(xué)態(tài)信息;

　　(5)中和系統(tǒng)使得絕緣樣品分析簡(jiǎn)單、方便和有效;

　　(6)高性能深度剖析，可進(jìn)行表面與界面、三維成分深度分布分析;

　　(7)樣品可分析面積范圍寬：20μm – 10cm ，適應(yīng)各種樣品類型的分析;

　　(8)多通道檢測(cè)器和DLD(Delay Line Detector)檢測(cè)器，全自動(dòng)樣品臺(tái)，用計(jì)算機(jī)控制，可進(jìn)行多樣品、多點(diǎn)、全自動(dòng)樣品分析。

　　2005年中日兩國(guó)科學(xué)家成功研制出分辨率達(dá)0.36毫電子伏的超高分辨率光電子能譜儀，該儀器可精確觀察到化合物、超導(dǎo)體的體內(nèi)電子態(tài)密度分布，是當(dāng)今世界同類儀器中最先進(jìn)的。

　(六)X射線儀器

　　1. X射線衍射儀

　　國(guó)外在X射線衍射儀方面的的技術(shù)發(fā)展很快。主要表現(xiàn)在新型探測(cè)器、模塊化、分析軟件的功能強(qiáng)化、先進(jìn)的X射線光學(xué)器件等方面。

　　目前國(guó)外各衍射儀生產(chǎn)廠家紛紛研發(fā)配備新型高性能探測(cè)器，以確保高檔儀器市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)地位。有的公司每不到兩年就推出一種新儀器。新型高性能探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是，使測(cè)試效率提高數(shù)倍到上百倍，或提高信噪比和靈敏度，或能得到過去難以獲得的特殊衍射信息。

　　模塊化、多功能化使得簡(jiǎn)單的切換操作就可以變化功能，從而使一機(jī)多功能成為現(xiàn)實(shí)。機(jī)械精度和控制指標(biāo)也大幅度提高。

　　無論是單晶或多晶衍射儀，其分析軟件的功能和性能不斷提高，如單晶結(jié)構(gòu)分析算法，多晶全譜擬合結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法，物相檢索算法，反射率算法等方面，均有大幅度的提高。

　　布魯克·AXS公司用于X射線衍射儀的VANTEC(TM)-2000探測(cè)器、采用了MikroGap(TM)專利技術(shù)，從而使得有效區(qū)域大幅度上升到14 ×14cm空間分辨率的同時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)108。VANTEC-2000整合了氣態(tài)探測(cè)器和固態(tài)探測(cè)器二者的各自優(yōu)勢(shì)，在耐用性、分辨率、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍等方面均有突破性的進(jìn)展，是一款真正的準(zhǔn)無噪音檢測(cè)器。

　　日本理學(xué)推出的SmartLab™ X射線衍射系統(tǒng)，是全球第一款可在一臺(tái)全自動(dòng)化系統(tǒng)上完成所有X射線衍射測(cè)試的XRD系統(tǒng)，儀器具有獨(dú)特的Guidance™智能化軟件以及獲得專利的Cross Beam Optical™技術(shù)，可以完成一系列對(duì)于尖端材料研究至關(guān)重要的尖端測(cè)試，包括X射線衍射(XRD)、X射線反射(XRR)、小角X射線散射(SAXS)等。

　　我國(guó)生產(chǎn)XD—2/XD—3多晶X射線衍射儀，重復(fù)性已優(yōu)于0.0006º。

　　2. X射線熒光分析儀

　　X射線熒光分析儀方面，波長(zhǎng)色散分析的進(jìn)展主要是分析軟件性能的提高，即發(fā)展高級(jí)次譜線的算法和采用基本參數(shù)法等，有利于輕元素的定性和定量分析，其它似乎沒有特大的進(jìn)展。能譜分析儀則在探測(cè)器和核電子學(xué)方面有重要進(jìn)展，如Si-PIN探測(cè)器和SDD探測(cè)器已投入市場(chǎng)，它突破了過去鋰漂移硅探測(cè)器的某些性能的限制，使探測(cè)動(dòng)態(tài)范圍大幅度提高，從而使探測(cè)靈敏度提高，也使制造成本大幅度降低且使用體積大為縮小。全反射X射線熒光分析法是值得注意的方向，它的特點(diǎn)是其靈敏度可達(dá)ppb量級(jí)。同時(shí)，TXRF技術(shù)又繼承了EXRF方法的優(yōu)越性，它的定量分析性能方面也有優(yōu)勢(shì)。

　　布魯克·AXS公司的XFlash(R) QUAD檢測(cè)器是QUANTAX(TM) QUAD型超高速-高靈敏能譜儀(EDS)的核心組件，是目前世界首款用于EDS的四通道40mm硅漂移檢測(cè)器。

　　3. X射線晶體定向儀

　　X射線晶體定向儀是用于生產(chǎn)晶體振蕩器的儀器。其定向精度決定了所生產(chǎn)及篩選的每年近百億片晶片的質(zhì)量和價(jià)格。低檔和高檔的價(jià)格相差10倍以上。國(guó)外的進(jìn)展也集中在其精度方面，采用了激光快速測(cè)振校正的技術(shù)等。

　　4. 我國(guó)X射線儀的開發(fā)與生產(chǎn)

　　TXRF已在國(guó)際上得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)最新推出的TXRF9雙光路全反射X熒光分析儀，可以對(duì)從11Na到92U的所有元素進(jìn)行分析，一次可對(duì)近30種元素進(jìn)行同時(shí)分析。

　　我國(guó)沒有單晶衍射儀的產(chǎn)品，但有4個(gè)廠家生產(chǎn)多晶(粉末)衍射儀，年銷售量已超過30臺(tái)。但質(zhì)量和性能方面距國(guó)外廠家相差較大，如沒有新型探測(cè)器、某些技術(shù)指標(biāo)較差、功能附件過少、軟件不夠先進(jìn)等。主要靠低價(jià)格進(jìn)入低端市場(chǎng)。雖然也開始了有關(guān)某些新技術(shù)的工作，但進(jìn)展緩慢。主要問題有三方面：投入少;沒能快速整合國(guó)內(nèi)的先進(jìn)成果;生產(chǎn)單位缺乏真正懂得X射線衍射的高檔人員。

　　在X射線熒光分析儀方面，我國(guó)目前還沒有可以推向市場(chǎng)的波譜分析儀。但已能生產(chǎn)能譜分析儀，年產(chǎn)量達(dá)數(shù)百臺(tái)，也有少量出口。主要問題是其中的關(guān)鍵技術(shù)部件探測(cè)器是依靠進(jìn)口。

　　我國(guó)已有X射線晶體定向儀產(chǎn)品。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中數(shù)量上占主要部分。問題是精度不夠高。我國(guó)的石英晶振片的產(chǎn)量達(dá)幾十億片，占世界產(chǎn)量的大部分，但由于所用X射線晶體定向儀質(zhì)量不高，價(jià)格很低�，F(xiàn)已有民營(yíng)企業(yè)在研制高檔定向儀，但資金不足，進(jìn)展不夠快。

　　(七)芯片型微型分析系統(tǒng)

　　國(guó)際上通常把芯片型微型分析系統(tǒng)分兩大類：即微陣列芯片(Microarry chips 或稱生物芯片 Biochips)與微流控芯片(Microfluidic chips)。

　　1.生物芯片技術(shù)與儀器

　　生物芯片是通過微加工和微制備技術(shù)在固體表面構(gòu)建微型生物單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)生命體系中組織、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸、糖類、代謝產(chǎn)物、以及相關(guān)生物大分子化學(xué)修飾信息進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測(cè)。生物芯片被認(rèn)為是當(dāng)今十分重要且具有戰(zhàn)略意義的前沿高新技術(shù)。這不僅在功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)和毒理組學(xué)等領(lǐng)域研究中發(fā)揮了重要的作用，而且在疾病診斷和治療、新藥研究和開發(fā)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、食品安全、國(guó)防等領(lǐng)域中已經(jīng)顯示出了非常廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)市場(chǎng)。

　　基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、細(xì)胞芯片、組織芯片等發(fā)展較早。技術(shù)較為成熟的微陣列芯片已經(jīng)大量進(jìn)入實(shí)用。與生物芯片相關(guān)聯(lián)的微流控芯片等技術(shù)正在逐漸成熟并開始被各領(lǐng)域應(yīng)用。

　　(1)生物芯片技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　A. 高通量、多參數(shù)、多功能、集成化。

　　高通量分析平臺(tái)是各種生命組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)的必備手段和關(guān)鍵技術(shù)。

　　B. 微型化、批量化、標(biāo)準(zhǔn)化、大眾化。

　　這些趨勢(shì)將使這類產(chǎn)品成為便攜式儀器及價(jià)廉物美的芯片耗材，適用于家庭、現(xiàn)場(chǎng)等快速檢測(cè)和就地診斷。在未來生物安全形勢(shì)比較嚴(yán)重的情況下，更為必要和迫切�？s微芯片實(shí)驗(yàn)室代表了未來生物芯片的發(fā)展方向，是當(dāng)今分析儀器發(fā)展的新的生長(zhǎng)點(diǎn)。

　　C. 信息化、網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程控制和交互。

　　軟件已成為生物芯片應(yīng)用的重要部分，網(wǎng)絡(luò)將海量的、復(fù)雜的生物信息進(jìn)行集成、分析和鑒別。軟件信息技術(shù)起到了關(guān)鍵作用。

　　D. 高靈敏度、非標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)。

　　在生物芯片上進(jìn)行單分子檢測(cè)、一直是普遍關(guān)心的研究熱點(diǎn)。納米生物檢測(cè)技術(shù)在生物芯片技術(shù)中的應(yīng)用得到了充分的重視，用該技術(shù)進(jìn)行單根DNA序列檢測(cè)，其檢測(cè)速度的發(fā)展?jié)摿�可以提高�?shù)百倍。

　　(2)生物芯片及相關(guān)儀器的進(jìn)展以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

　　歐美大型藥物公司或生物技術(shù)公司都利用生物芯片開展藥物相關(guān)基因篩選、藥物靶點(diǎn)識(shí)別、生物標(biāo)志物識(shí)別和篩選、臨床前期藥物毒理研究、藥物基因組學(xué)以及個(gè)體化診療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，為研究腫瘤的發(fā)病機(jī)理提供了有利工具。羅氏公司開發(fā)了CYP450系統(tǒng)體外診斷基因芯片，用于篩查病人基因組的多態(tài)性，實(shí)現(xiàn)在治療過程中指導(dǎo)醫(yī)生選擇藥物種類和用藥劑量，對(duì)病人進(jìn)行個(gè)體化用藥治療。2005年元月，美國(guó)FDA批準(zhǔn)羅氏公司的CYP450基因診斷芯片上市，將對(duì)心臟病、疼痛和癌癥的治療提供有價(jià)值的參考。

　　(3)生物芯片和芯片實(shí)驗(yàn)室發(fā)展前景可觀

　　未來生物芯片產(chǎn)業(yè)在中國(guó)或者國(guó)際市場(chǎng)面臨幾個(gè)重要機(jī)遇。首先，生物芯片在臨床檢測(cè)、生物安全檢測(cè)、進(jìn)出口檢疫檢測(cè)、司法鑒定、健康篩查等“領(lǐng)域”應(yīng)用的前景會(huì)越來越好。第二，生物芯片技術(shù)的體系將會(huì)逐漸完善，將逐漸整合并實(shí)現(xiàn)集成化和微型化。第三，體系逐漸趨于兩極化，即快速高通量大型系統(tǒng)和小型快速低通量系統(tǒng)，其中芯片實(shí)驗(yàn)室類產(chǎn)品將位居前列。第四，生物芯片體系的國(guó)內(nèi)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將逐漸建立和趨于完善。

　　(4)我國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r

　　國(guó)內(nèi)目前有近50家生物芯片研發(fā)機(jī)構(gòu)在微陣列芯片方面和微流控芯片研究方面取得可觀的進(jìn)展，尤其在毛細(xì)管電泳芯片和微流控生化分析系統(tǒng)。迅速開展微流控的應(yīng)用基礎(chǔ)性研究已刻不容緩。未來微流控分析儀器與設(shè)備的市場(chǎng)將占越來越大比重。在生物芯片和相關(guān)產(chǎn)業(yè)方面，博奧生物公司已具有與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的水平。其核酸分析芯片、免疫分析芯片、毛細(xì)管電泳芯片和生物芯片點(diǎn)樣儀、雜交儀、掃描儀等產(chǎn)品已占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額的30%，并經(jīng)國(guó)際認(rèn)證、打入國(guó)際市場(chǎng)。

　　2.微流控技術(shù)與儀器

　　(1)近兩年該領(lǐng)域國(guó)際上取得了重大突破與進(jìn)展

　　微流控(microfluidics)技術(shù)是當(dāng)前正在急速發(fā)展的高新技術(shù)和科技前沿領(lǐng)域之一，是未來生命科學(xué)、化學(xué)科學(xué)與信息科學(xué)發(fā)展的重要技術(shù)平臺(tái)，受到高度重視。微流控技術(shù)是在微米尺度結(jié)構(gòu)中操控納升至皮升體積流體的技術(shù)與科學(xué)，在該尺度下大幅度增強(qiáng)的層流效應(yīng)、表面張力效應(yīng)、毛細(xì)效應(yīng)、熱傳導(dǎo)效應(yīng)及擴(kuò)散效應(yīng)等，使許多物理與化學(xué)過程顯著加速。最能發(fā)揮這種優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域之一就是提供生命信息的微全分析系統(tǒng)。通過分析裝備微型化、芯片化、集成化，使分析效率成百倍，千倍地提高，試樣和試劑消耗下降為百分之一、千分之一，其最終目標(biāo)是在芯片大小的空間實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的全部功能-即所謂“芯片實(shí)驗(yàn)室”(Lab-on-a-chip)。

　　最近，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校Mathies研究組在DNA測(cè)序的全部操作集成化方面取得了很大進(jìn)展。所研制的由玻璃和硅橡膠加工的集成化微生化處理器實(shí)現(xiàn)了在納升水平上的Sanger測(cè)序全部三個(gè)步驟，包括熱循環(huán)、樣品純化和毛細(xì)管電泳分離。該系統(tǒng)僅用1 fmol DNA 模板(試劑和樣品消耗較常規(guī)方法減少數(shù)百倍)以99%的準(zhǔn)確度完成了556個(gè)連續(xù)堿基的測(cè)序。在此基礎(chǔ)上，有可能發(fā)展出低價(jià)便攜式的家用基因測(cè)序儀。

　　另一個(gè)值得高度重視的發(fā)展是美國(guó)斯坦福大學(xué)Quake研究組所報(bào)道的基于硅橡膠(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane, PDMS)微加工的高密度微流控芯片系統(tǒng)。該技術(shù)在2002年在Science上以封面論文發(fā)表之后，迅速得到多方廣泛應(yīng)用，已成為化學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微型化的重要依托技術(shù)。目前，該技術(shù)已被應(yīng)用于反轉(zhuǎn)錄酶聚合酶鏈反應(yīng)、陣列反應(yīng)，放射性標(biāo)記物的多步化學(xué)合成以及高效率的蛋白質(zhì)結(jié)晶及結(jié)晶條件的優(yōu)化等重要領(lǐng)域。

　　(2)我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)地位

　　2001年國(guó)家基金委啟動(dòng)了題目為《微流控生化分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究》的重大研究項(xiàng)目。目前我國(guó)在微流控分析領(lǐng)域，研究成果總體上已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中部分成果、包括：微流控芯片的研制與加工技術(shù)、微流控高通量連續(xù)進(jìn)樣方法、微流控電致化學(xué)發(fā)光系統(tǒng)、微流控固定化酶反應(yīng)器在蛋白質(zhì)分析中的應(yīng)用、微流控單細(xì)胞分析、微流控?zé)晒夂臀�光檢測(cè)系統(tǒng)的微型化，以及納米技術(shù)在微流控系統(tǒng)中的應(yīng)用等在國(guó)際相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域已具備一定領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。申請(qǐng)了百余項(xiàng)專利，并研制了多種具備不同程度自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微流控分析儀器、裝置或樣機(jī)，為相關(guān)儀器的產(chǎn)業(yè)化提供了有利基礎(chǔ)。

　　至2005年底，我國(guó)大陸學(xué)者發(fā)表的SCI收錄微流控論文數(shù)已達(dá)190篇，超過了微流控分析研究領(lǐng)域強(qiáng)國(guó)—日本的當(dāng)年被收錄數(shù)，而僅次于美國(guó),位居世界第二。

　　微流控芯片具有良好的應(yīng)用前景。

　(八)電化學(xué)分析儀器

　　國(guó)際上以美國(guó)CH Instrument公司生產(chǎn)的CHI系列、美國(guó)Bio Analytical System公司生產(chǎn)的BAS系列、美國(guó)Princeton Applied Research生產(chǎn)的EG&G系列、荷蘭Ecochemie的AutoLab系列，是電化學(xué)分析儀器的代表。在國(guó)內(nèi)，電化學(xué)分析儀器生產(chǎn)廠家有七八個(gè)主要生產(chǎn)廠家。

　　1.電化學(xué)分析儀器的聯(lián)用技術(shù)

　　分離分析聯(lián)用的新技術(shù)是當(dāng)前分析儀器發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。將電化學(xué)分析技術(shù)和其他分離分析手段聯(lián)用，可以提供高靈敏度、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、是動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)手段。

　　聯(lián)用技術(shù)包括高效液相色譜-電化學(xué)、光譜-電化學(xué)聯(lián)(如表面等離子體共振、園二色譜、紅外、紫外、拉曼等光譜技術(shù))，可以實(shí)現(xiàn)方便、快速、現(xiàn)場(chǎng)、高靈敏度的分析。

　　2.電化學(xué)分析儀器微型化

　　微型化是現(xiàn)代分析儀器的重要發(fā)展趨勢(shì)之一，微型化電化學(xué)儀器常是現(xiàn)場(chǎng)、原位、活體檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)。

　　國(guó)際上如加州理工學(xué)院的Barton研究小組，實(shí)現(xiàn)了基于DNA修飾電極的芯片檢測(cè)儀器。該儀器可以實(shí)現(xiàn)DNA的靈敏、快速檢測(cè)。利用該方法可以實(shí)現(xiàn)各類堿基錯(cuò)配的檢測(cè)。

　　西安瑞邁分析儀器有限責(zé)任公司最近推出了MPI-M型微流控芯片電化學(xué)檢測(cè)儀—電化學(xué)分析儀。該儀器依托于系統(tǒng)所擁有的多通道電化學(xué)分析數(shù)據(jù)采集與分析測(cè)試平臺(tái)、微流控芯片多路高壓電源控制部件，該儀器可應(yīng)用于基于微流控芯片分析的電化學(xué)檢測(cè)及聯(lián)用的微流控芯片電化學(xué)分析等。

　　3.電化學(xué)分析儀器的發(fā)展趨勢(shì)

　　研發(fā)高靈敏度、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、微型化、可動(dòng)態(tài)在線檢測(cè)并經(jīng)濟(jì)適用、有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型電化學(xué)分析儀器是發(fā)展的趨勢(shì)，以滿足環(huán)境、生命科學(xué)、能源、出入境檢疫檢驗(yàn)與食品安全等公共安全領(lǐng)域監(jiān)測(cè)檢測(cè)對(duì)常規(guī)儀器的需求。

　　(九)生命科學(xué)技術(shù)與儀器的新進(jìn)展

　　隨著生命科學(xué)的迅猛發(fā)展，國(guó)外許多生產(chǎn)分析儀器和生化儀器的廠家以及

　　一大批新生的生物技術(shù)企業(yè)都迅速擴(kuò)展、開拓甚至轉(zhuǎn)向從事生命科學(xué)儀器的開發(fā)和生產(chǎn)。實(shí)際上生命科學(xué)技術(shù)中所用的儀器既包涵上述八類科學(xué)儀器的一系列特定的應(yīng)用，同時(shí)又依據(jù)生命科學(xué)技術(shù)的特需，出現(xiàn)一大批生命科學(xué)的專用儀器，包括生物樣品的保存、培養(yǎng)、分離、雜交，基因的提取、純化、擴(kuò)增、合成、導(dǎo)入、重組，以及復(fù)雜的檢測(cè)、觀察和分析等等儀器設(shè)備，本文中不逐一概述了，僅以當(dāng)今生命科學(xué)最熱門的三大主題，概述生命科學(xué)技術(shù)與相關(guān)儀器的新進(jìn)展。

　　1.基因測(cè)序和基因轉(zhuǎn)錄技術(shù)與儀器

　　50年前提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以后，癌基因以及內(nèi)切酶，逆轉(zhuǎn)錄酶等的相繼發(fā)現(xiàn)使生命科學(xué)經(jīng)歷了一場(chǎng)空前的大革命。隨著對(duì)基因的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，科學(xué)家不僅把這些知識(shí)應(yīng)用到人類的健康，而且還延伸到與人類生存息息相關(guān)的農(nóng)業(yè)，畜牧業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域中去。目前的主要目標(biāo)：一是基因治療的研究;二是用于藥物研究的動(dòng)物模型開發(fā)和建立有用的細(xì)胞株;三是對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和畜牧業(yè)進(jìn)行基因改造，創(chuàng)造高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗的新品種、對(duì)人體有益的健康食品。

　　(1)基因測(cè)序技術(shù)與儀器

　　科學(xué)家希望將來能夠?yàn)椴∪颂峁└鶕?jù)他們自己的遺傳特征“定制”的藥物，這需要對(duì)病人的基因組進(jìn)行測(cè)序。人類基因組的第一次測(cè)序用了10多年。一些新興的生物技術(shù)公司，試圖將時(shí)間縮短到24小時(shí)以內(nèi)。基因組測(cè)序領(lǐng)域的先驅(qū)Craig Venter說：“我們的目標(biāo)是只花費(fèi)1,000美元，在幾分鐘或者幾秒鐘內(nèi)完成一個(gè)基因組的測(cè)序”。美國(guó)政府給予了大力的資助(NIH給了8,000萬美元的專項(xiàng))，2006年10月初美國(guó)的民間基金會(huì)(X-prize)提出了1,000萬美元的獎(jiǎng)勵(lì)�？焖俚统杀救祟惾�基因組測(cè)序技術(shù)正在全世界范圍內(nèi)高速發(fā)展，已經(jīng)成為國(guó)際上一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈的研究領(lǐng)域。例如美國(guó)454 生命科學(xué)公司已經(jīng)研制出商品化的測(cè)序設(shè)備和試劑，能夠?qū)?00kb的微生物基因組進(jìn)行測(cè)序，準(zhǔn)確率可達(dá)到99.99%。

　　雙脫氧核苷酸鏈終止法(Sanger法)是目前使用最普遍的DNA序列分析技術(shù)。Sanger法最多可以測(cè)試約1,000個(gè)堿基的序列，這個(gè)限制主要是由于序列長(zhǎng)度的增加會(huì)造成鏈終止的幾何可能性減少。要想在幾秒鐘內(nèi)對(duì)數(shù)以10億的堿基對(duì)進(jìn)行測(cè)序，需要完全不同的方法。為此，出現(xiàn)了很多的新技術(shù)和新儀器。

　　A)脈沖多線激發(fā)方法(PME， pulsed multilane excitation)

　　美國(guó)貝勒醫(yī)學(xué)院(BCM)和萊斯大學(xué)研制出了一種“色盲”熒光檢測(cè)方法，是基于Sanger法和毛細(xì)管電泳技術(shù)，叫做脈沖多線激發(fā)(PME)，利用4種激光，每種與一種特定的染料相配，利用整個(gè)可見光光譜，消除了染料間的交互問題，無需進(jìn)行進(jìn)一步的信號(hào)處理，能收集更多的信號(hào)，提高了DNA測(cè)序的靈敏度和精確度。

　　B)Solexa方法

　　Solexa公司利用單分子陣列測(cè)試genotyping，目的是重測(cè)序人類基因組。該公司相繼推出了DNA測(cè)序表達(dá)譜產(chǎn)品(DNA sequencing ,expression profiling)以及microRNA分析平臺(tái)-Solexa Genome Analysis System。

　　Solexa方法中，檢測(cè)可以重復(fù)25次，可以同時(shí)檢測(cè)上億個(gè)核苷酸片斷。

　　C)Nanopore sequencing (納米孔測(cè)序方法)

　　采用完全不同的方法來鑒別DNA分子上的單個(gè)堿基，被稱為納米測(cè)序。以4種堿基間的物理性質(zhì)差別為基礎(chǔ)，將這種差別轉(zhuǎn)變成為可以檢測(cè)的信號(hào)，從而進(jìn)行測(cè)序。此方法測(cè)序的是單個(gè)DNA分子，并不需要DNA的擴(kuò)增。此方法目前還處于理論階段，僅有實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果。主要面臨的挑戰(zhàn)是要精煉方法來提高此法檢測(cè)單個(gè)堿基的分辨率。

　　D)焦磷酸測(cè)序法(Pytosequencing)

　　這是個(gè)已經(jīng)被Biotage AB公司商業(yè)化和推向市場(chǎng)的很有前景的新技術(shù)，是新一代DNA序列分析技術(shù)。這個(gè)技術(shù)是把一個(gè)核苷加入4種酶的混合物(DNA 聚合酶，ATP硫酸化酶，熒光素酶和三磷酸腺苷雙磷酸酶)中，利用生物體發(fā)光來檢測(cè)結(jié)合到DNA上的核苷。該方法可用于DNA序列分析，配合相應(yīng)軟件可進(jìn)行SNP分析和SNP頻率確定。

　　E)芯片上的焦磷酸測(cè)序技術(shù)

　　該方法可以在包含很多小井(well)的芯片上發(fā)生。每個(gè)小井中包含著一個(gè)核苷鏈的多個(gè)拷貝。這項(xiàng)技術(shù)就是454測(cè)序儀的技術(shù)基礎(chǔ)。454 life Sciences公司在2005年8月的Nature雜志上公布了他們開發(fā)的比傳統(tǒng)的Sanger測(cè)序方法快100倍的一種技術(shù)。美國(guó)能源聯(lián)合基因研究所(JGL)認(rèn)為，該方法讀出的片斷較短，且不能提供配對(duì)端點(diǎn)測(cè)序信息，故將該方法與sanger結(jié)合，可獲得更有效，更快捷的測(cè)序結(jié)果。

　　F)聚合酶克隆測(cè)序(Polony Sequencing)

　　這個(gè)測(cè)序系統(tǒng)的變化之一，就是第一次將聚合酶克隆交聯(lián)于浸沒在乳狀液中的珠狀微粒上。當(dāng)擴(kuò)增反應(yīng)結(jié)束后，每一個(gè)微粒上都會(huì)攜帶目的DNA分子的許多拷貝。帶有聚合酶克隆的微�？梢苑謩e放在單獨(dú)的小孔內(nèi)，或固定在凝膠上，以進(jìn)行同時(shí)測(cè)序。

　　G)雜交測(cè)序

　　利用熒光產(chǎn)生的可視信號(hào)來進(jìn)行檢測(cè)，類似于堿基連接法。這一測(cè)序系統(tǒng)由美國(guó)生物科技公司——艾菲矩陣公司(Affymetrix)、佩爾金科學(xué)公司(Perlegen Sciences)和Illumina公司開發(fā)，已經(jīng)在商業(yè)上廣為使用。

　　除上述各種方法之外，還有其它方法，而且各種方法和系統(tǒng)除了快速讀取“字母”(堿基)之外，還需要運(yùn)算能力足夠強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，迅速處理海量的基因組信息，這仍然是制約快速測(cè)序法的一個(gè)瓶頸。

　　(2)基因轉(zhuǎn)錄技術(shù)與儀器

　　與基因測(cè)序技術(shù)發(fā)展的同時(shí)、基因轉(zhuǎn)錄有關(guān)設(shè)備也相繼出臺(tái)。例如：①聚合酶連反應(yīng)儀PCR：用于基因或重組基因的克隆;②點(diǎn)轉(zhuǎn)儀：它可以比化學(xué)方法更有效的把重組的基因轉(zhuǎn)到活體細(xì)胞中去表達(dá);③熒光顯微鏡：主要用來檢測(cè)轉(zhuǎn)基因細(xì)胞的轉(zhuǎn)基因的成功與否;④細(xì)胞流式儀：在檢測(cè)轉(zhuǎn)基因細(xì)胞的轉(zhuǎn)基因成功率。此外，還可以把成功的轉(zhuǎn)基因細(xì)胞和失敗的轉(zhuǎn)基因細(xì)胞分開。

　2.蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)與儀器

　　(1)以高準(zhǔn)確度質(zhì)譜技術(shù)為核心的規(guī)模化蛋白質(zhì)鑒定技術(shù)與儀器

　　為了適應(yīng)蛋白質(zhì)組研究的需要，從高分辨率、高靈敏度的蛋白質(zhì)分離與鑒定的線性離子阱-質(zhì)譜儀(LTQ)到2005年剛推出的LTQ-Orbitrap質(zhì)譜儀，以及具有小于2ppm的準(zhǔn)確度的傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀近幾年層出不窮。結(jié)合LTQ三級(jí)質(zhì)譜來確證鑒定肽段的可靠性，目前LTQ-FT所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)假陽性率接近于零。LTQ-Orbitrap質(zhì)譜儀則利用一種全新的理念，用電場(chǎng)模擬達(dá)到接近于FT質(zhì)譜儀的分辨率和小于5ppm的準(zhǔn)確度。近期推出的準(zhǔn)確質(zhì)量標(biāo)簽技術(shù)(AMT)，則利用高分辨率、高重現(xiàn)性的多維液相色譜(UPLC)和高精度的LTQ-FT質(zhì)譜儀結(jié)合，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的準(zhǔn)確鑒定。高通量、規(guī)�；�、高速度和高準(zhǔn)確度的蛋白質(zhì)分離與鑒定技術(shù)已經(jīng)為蛋白質(zhì)組表達(dá)譜的研究提供了嶄新的發(fā)展平臺(tái)。

　　(2)蛋白組學(xué)研究中的機(jī)器人工作站

　　借用汽車工業(yè)自動(dòng)裝配線技術(shù)，蛋白質(zhì)組研究中的機(jī)器人工作站的發(fā)明和使用，使得高通量、準(zhǔn)確、自動(dòng)化地批量處理樣品成為可能。自動(dòng)化操作系統(tǒng)主要是指實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化工作站，俗稱機(jī)器人，是由計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)實(shí)驗(yàn)室操作設(shè)備。試驗(yàn)室自動(dòng)化工作站的基本功能是可以自動(dòng)連續(xù)地完成試驗(yàn)的基本操作，如加樣：即向每個(gè)反應(yīng)單位(微板中的每一個(gè)孔)中加入各種不同成分、不同濃度、不同容積的溶液;稀釋：實(shí)際上就是加入一定容積的樣品或試劑溶液后，再加入一定的溶媒;轉(zhuǎn)移：主要是完成某一試劑或樣品的位置變化;混合：將加入的不同溶液進(jìn)行混合，混合的方式有震蕩，也可以用加樣器反復(fù)吹吸混合;洗板：用適當(dāng)?shù)娜芤呵逑丛囼?yàn)用的微板，或洗除不需要的反應(yīng)液;溫孵：讓反應(yīng)體系在一定的溫度條件下保持一定的時(shí)間，使之完成反應(yīng)過程，自動(dòng)化工作站可以嚴(yán)格控制溫孵的溫度和時(shí)間;檢測(cè)：試驗(yàn)室自動(dòng)化工作站一般都可以與某一種或多種檢測(cè)儀器連接，在試驗(yàn)操作完成后，可以自動(dòng)進(jìn)行必要的檢測(cè)并自動(dòng)采集、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，完成整個(gè)試驗(yàn)過程。

　　(3)大規(guī)模蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用研究技術(shù)與儀器

　　大規(guī)模蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的研究是蛋白質(zhì)組研究的重要內(nèi)容。其中酵母雙雜交技術(shù)平臺(tái)和親和純化技術(shù)平臺(tái)易于大規(guī)模、高通量和自動(dòng)化，已經(jīng)被廣泛用于基因功能、蛋白質(zhì)連鎖圖和尋找藥物靶點(diǎn)的研究。大規(guī)模、高通量的酵母雙雜交技術(shù)平臺(tái)的核心儀器設(shè)備包括自動(dòng)化的移液操作和酵母菌液涂板技術(shù)平臺(tái)、高通量的菌落計(jì)數(shù)和挑取機(jī)器工作站、自動(dòng)化的PCR反應(yīng)和測(cè)序工作站。一套技術(shù)平臺(tái)平均每天可以完成10~20個(gè)蛋白質(zhì)相互作用的篩選和鑒定工作。自動(dòng)化移液操作和酵母菌液涂板技術(shù)平臺(tái)平均每天可以處理150mm的平板500- 1,000個(gè)。高通量的菌落計(jì)數(shù)和挑取機(jī)器工作站每天可以挑取菌落5,000個(gè)。自動(dòng)化的PCR反應(yīng)和測(cè)序工作站可以每天測(cè)序反應(yīng)5,000個(gè)。大規(guī)模、高通量的親和純化技術(shù)平臺(tái)的核心儀器設(shè)備包括大規(guī)模的生物反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)箱、高通量的蛋白質(zhì)純化技術(shù)平臺(tái)、多維色譜分離與MALDI-MS /ESI-MS技術(shù)平臺(tái)。整套技術(shù)平臺(tái)每天可以鑒定10~20個(gè)蛋白質(zhì)復(fù)合體。

　　(4)蛋白質(zhì)組生物信息學(xué)支撐技術(shù)

　　蛋白質(zhì)組研究的另一大特征是研究對(duì)象的眾多與產(chǎn)生數(shù)據(jù)的“海量”。在已經(jīng)成功的人類基因組計(jì)劃中，也產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)。蛋白質(zhì)作為基因的最基礎(chǔ)單位，采用“大科學(xué)”模式來詮釋和轉(zhuǎn)化這些數(shù)據(jù)具有很重要的意義。生物體內(nèi)涉及的蛋白質(zhì)種類數(shù)以百萬計(jì)，且含量大小橫跨10多個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，為了保證其研究結(jié)論的準(zhǔn)確性、重復(fù)性，必須建立符合科學(xué)條件的生物信息支撐體系。

　　生物信息學(xué)通過超級(jí)計(jì)算機(jī)、蛋白質(zhì)信息學(xué)軟件、工具、數(shù)據(jù)庫及平臺(tái)對(duì)蛋白質(zhì)科學(xué)與技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)全流程數(shù)據(jù)管理、分析、發(fā)布、交換、支持，實(shí)現(xiàn)不同層面、目的、來源的實(shí)驗(yàn)或分析數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)型知識(shí)庫;實(shí)現(xiàn)為以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的理論蛋白質(zhì)科學(xué)研究信息平臺(tái)和國(guó)家級(jí)蛋白質(zhì)科學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)(虛擬國(guó)家實(shí)驗(yàn)室)，已經(jīng)使生物信息學(xué)成為實(shí)現(xiàn)成員實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)資源、分析資源與計(jì)算資源的系統(tǒng)整合和無縫共享的重要技術(shù)支撐。

　　(5)發(fā)展趨勢(shì)

　　未來蛋白質(zhì)組研究的技術(shù)與儀器將向著高分辨率、高準(zhǔn)確度、高通量、自動(dòng)化的方向發(fā)展。將高分辨率的分離技術(shù)與高靈敏度、高準(zhǔn)確度的鑒定技術(shù)及更加友好、方便的計(jì)算機(jī)及軟件整合的一體化技術(shù)平臺(tái)，將對(duì)蛋白質(zhì)組研究的發(fā)展起到推動(dòng)作用。另外，蛋白質(zhì)組研究科學(xué)家們也期待著新技術(shù)、新方法的突破，以及新儀器的問世。

　　3.代謝組學(xué)技術(shù)與儀器

　　代謝組學(xué)是通過考察生物體受到刺激或擾動(dòng)后其代謝產(chǎn)物的變化來研究生物體系代謝途徑的一種技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)要求能對(duì)限定條件下特定生物樣本中的所有代謝組分進(jìn)行定性和定量分析。在代謝組學(xué)的分析方法的選擇上，需要在分析速度、無偏性和靈敏度上綜合進(jìn)行考慮。在各種技術(shù)中，核磁共振技術(shù)具備快速和無偏向性的特點(diǎn)，但與其它技術(shù)相比靈敏度則太低;其它方法(如CE/LIF)有著很高的檢測(cè)靈敏度，但為選擇性檢測(cè)。而色譜質(zhì)譜聯(lián)用方法(GC/MS和LC/MS)能夠很好地兼顧靈敏度和無偏性。

　　在近兩年的代謝組學(xué)分析方法的研究集中于無偏性、靈敏度和通量三個(gè)方面性能的提高。如使用全二維氣相色譜技術(shù)和二維液相色譜技術(shù)與質(zhì)譜聯(lián)用以提高分析方法的分辨率;使用傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜提高檢測(cè)的靈敏度和提供精確的分子量信息，使得代謝物的定性更準(zhǔn)確，同時(shí)提高分析的通量;使用整體柱提高分析的通量;使用超高效液相色譜提高分析的靈敏度和通量;使用親水反應(yīng)色譜柱來擴(kuò)展檢測(cè)范圍，即應(yīng)對(duì)無偏性的需求。

　　可用于代謝組學(xué)研究的新產(chǎn)品有：Waters UPLC-Q-TOF、Shimadzu IT-TOF、 Agilent 1200、Leco GC×GC-TOF、LC–SPE–NMR。

　　代謝組學(xué)技術(shù)分析方法將繼續(xù)關(guān)注分析方法的無偏性、靈敏度和通量三個(gè)方面，以滿足代謝組學(xué)對(duì)分析方法的要求。多維色譜及聯(lián)用技術(shù)仍將是這一領(lǐng)域的主要趨勢(shì)。

　(十)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器

　　1、國(guó)外的技術(shù)發(fā)展和趨勢(shì)

　　(1)環(huán)境監(jiān)測(cè)分析儀器

　　日美等發(fā)達(dá)國(guó)家在環(huán)境監(jiān)測(cè)分析儀器的開發(fā)、研制以及技術(shù)研究和發(fā)展方面處于世界領(lǐng)先地位。通用的大中型分析儀器對(duì)安裝應(yīng)用的環(huán)境要求較高，因此，多用于實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境監(jiān)測(cè)科研，以及難度較大而且技術(shù)性較強(qiáng)的監(jiān)測(cè)分析。環(huán)境試樣基質(zhì)復(fù)雜，故多采用一系列樣品前處理新技術(shù)。

　　開放式UV、IR和TOFMS是空氣有機(jī)污染物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的新領(lǐng)域。此外，F(xiàn)TIR探測(cè)器對(duì)于突發(fā)性有機(jī)毒品泄漏、化學(xué)品恐怖的預(yù)警都已成為發(fā)達(dá)國(guó)家的首選。

　　如奧博生物公司的生物芯片技術(shù)，在歐洲和北美已用于排水的監(jiān)控，以PCR、ELISA和SPR為機(jī)理的生物芯片檢測(cè)技術(shù)發(fā)展十分迅速，且在美國(guó)已把ELISA技術(shù)作為EPA標(biāo)準(zhǔn)。

　　(2)大氣污染探測(cè)技術(shù)與裝備

　　近年來，國(guó)外致力于發(fā)展基于激光光源的、監(jiān)測(cè)靈敏度更高的、長(zhǎng)光程吸收光譜儀，但目前尚處于試驗(yàn)階段。在大氣污染探測(cè)激光雷達(dá)方面，近年來傾向于發(fā)展探測(cè)靈敏度很高的差分吸收激光雷達(dá)，用于城市大氣環(huán)境和城市污染源的高時(shí)空分辨率探測(cè)。德國(guó)、美國(guó)、意大利和瑞典等國(guó)已分別研制成功車載式差分吸收激光雷達(dá)樣機(jī)，并正在進(jìn)行實(shí)用性試驗(yàn)�？紤]到差分吸收激光雷達(dá)的技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、可靠性尚待提高、對(duì)操作和維護(hù)人員的技術(shù)素質(zhì)要求太高，估計(jì)近期內(nèi)推廣使用有困難。因此世界各國(guó)也在發(fā)展拉曼激光雷達(dá)技術(shù)。拉曼激光雷達(dá)雖然探測(cè)靈敏度較差，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、性能可靠，使用維護(hù)方便，使之很適合用于對(duì)城市大氣污染源的流動(dòng)監(jiān)測(cè)，正好彌補(bǔ)了常規(guī)光學(xué)監(jiān)測(cè)手段對(duì)污染源監(jiān)測(cè)能力的不足。

　　(3)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)與探測(cè)儀器的狀況

　　我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器多是出自于中小企業(yè)的中低檔產(chǎn)品，技術(shù)水平低，產(chǎn)品種類單一，故障率高，使用壽命短。從而致使監(jiān)測(cè)頻次低、采樣誤差大、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不能及時(shí)反映排污狀況，既影響環(huán)境管理的科學(xué)決策和執(zhí)法的嚴(yán)肅性，又易挫傷企業(yè)治理污染、保護(hù)環(huán)境的積極性。國(guó)內(nèi)最新研發(fā)的原位熱濕采樣法實(shí)現(xiàn)了煙塵在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)和煙塵總量控制的要求。但還有多種污染排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)高溫、高濕、高顆粒物含量等帶來的測(cè)量問題還沒有很好的解決。排水、排氣污染項(xiàng)目自動(dòng)監(jiān)測(cè)的手工比對(duì)、數(shù)據(jù)質(zhì)量的提高以及PM10、PM2.5的監(jiān)測(cè)儀器開發(fā)和不同原理儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性把握，在我國(guó)都存在較大差距。

　　四、我國(guó)科學(xué)儀器發(fā)展的有關(guān)問題和政策方面的建議

　　1、我國(guó)科學(xué)儀器發(fā)展中存在的問題

　　(1)仍處于與我國(guó)科技，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展不相稱的幼稚期

　　科學(xué)儀器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)屬于高科技領(lǐng)域和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，具有投資風(fēng)險(xiǎn)較高，尤其是進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化“門坎”之前，風(fēng)險(xiǎn)高而且投資回報(bào)較慢，市場(chǎng)總?cè)萘肯鄬?duì)有限。但是對(duì)整個(gè)科技發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防力量增長(zhǎng)的拖動(dòng)力又很大。我國(guó)科學(xué)儀器企業(yè)規(guī)模小，技術(shù)創(chuàng)新能力弱，同類產(chǎn)品多家生產(chǎn)，產(chǎn)品大同小異，技術(shù)趨同，低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，品種有限，高端甚少，總體上我國(guó)科學(xué)儀器技術(shù)與產(chǎn)業(yè)處于與我國(guó)科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展不相稱的幼稚期。

　　(2)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化結(jié)合鏈上仍存在一定問題

　　承擔(dān)國(guó)家任務(wù)的科研機(jī)構(gòu)、高校和一些重要領(lǐng)域與部門所應(yīng)用的科研設(shè)備和測(cè)試儀器長(zhǎng)期過度依靠進(jìn)口，自行研制儀器意識(shí)薄弱，過去為企業(yè)提供原創(chuàng)性成果甚少，雖提供了一些技術(shù)集成性的原理型樣機(jī)，因與企業(yè)結(jié)合的鏈條上存在一定的問題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的成功率低、周期長(zhǎng)。

　　(3)存在著跨國(guó)科學(xué)儀器公司對(duì)我國(guó)科學(xué)儀器的擠壓

　　跨國(guó)科學(xué)儀器公司對(duì)我國(guó)科學(xué)儀器優(yōu)秀人才實(shí)施有力的吸納舉措，同時(shí)又以先進(jìn)的產(chǎn)品對(duì)我國(guó)科學(xué)儀器市場(chǎng)的搶占，對(duì)中國(guó)科學(xué)儀器企業(yè)的擠壓是很明顯的。

　　2、扭轉(zhuǎn)頹勢(shì)振興科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的幾點(diǎn)建議

　　中國(guó)科學(xué)儀器市場(chǎng)處于高增長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)多變、劇烈競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)期。今后15年到20年是我國(guó)在科學(xué)儀器研發(fā)上盡快扭轉(zhuǎn)頹勢(shì)的重大機(jī)遇期，也是歷史給中國(guó)科學(xué)儀器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)振興的黃金時(shí)期。要使處于弱勢(shì)的中國(guó)企業(yè)贏得勝利，迫切需要政府加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，加強(qiáng)宏觀調(diào)控和政策引導(dǎo)，特此建議：

　　1.研究建立完善我國(guó)科學(xué)儀器工業(yè)創(chuàng)新體系，組織制訂振興科學(xué)儀器工業(yè)發(fā)展的中長(zhǎng)期規(guī)劃，組織幾個(gè)重大工程性項(xiàng)目，確保實(shí)現(xiàn)《規(guī)劃綱要》提出的任務(wù)和目標(biāo)。

　　2.要努力改變世界科學(xué)儀器的市場(chǎng)格局，切實(shí)解決對(duì)外依存度過高的問題。

　　要使自主創(chuàng)新成為科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)技術(shù)的主導(dǎo)，降低對(duì)外技術(shù)依存度，需要解決兩個(gè)問題：原始技術(shù)創(chuàng)新的科技力量布局問題和國(guó)家給企業(yè)創(chuàng)造市場(chǎng)的問題

　　對(duì)國(guó)家重點(diǎn)投資建設(shè)項(xiàng)目的儀器設(shè)備采購，一方面，在引進(jìn)進(jìn)口儀器時(shí)，用戶方與國(guó)內(nèi)科學(xué)儀器制造方應(yīng)緊密配合，全面消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，從而達(dá)到最大限度發(fā)揮進(jìn)口儀器作用的目的;另一方面，實(shí)施“準(zhǔn)政府采購”(項(xiàng)目訂購或首購)，在被擠壓的市場(chǎng)中給我國(guó)企業(yè)一個(gè)穩(wěn)定的市場(chǎng)份額，給企業(yè)提供自主創(chuàng)新儀器和工業(yè)化試驗(yàn)的機(jī)會(huì)和舞臺(tái)，以增強(qiáng)企業(yè)自主創(chuàng)新的激情和動(dòng)力。

　　3.切實(shí)貫徹國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》指示精神，認(rèn)真落實(shí)國(guó)家對(duì)企業(yè)自主創(chuàng)新、研發(fā)投入的優(yōu)惠政策和進(jìn)口儀器關(guān)鍵部件的稅收優(yōu)惠政策。

　　4.加速科學(xué)儀器科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)為主導(dǎo)。全面研究和支持企業(yè)實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新主體地位的金融、科技計(jì)劃等方面政策，特別是對(duì)解決產(chǎn)、學(xué)、研、用技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè)和科學(xué)儀器人才缺乏、失衡的問題的研究。并制訂和實(shí)施具體的應(yīng)對(duì)措施。

　　我國(guó)目前正處在“自主創(chuàng)新”時(shí)代，科學(xué)儀器技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，一些具有現(xiàn)代企業(yè)特征的新興企業(yè)成長(zhǎng)迅速，科學(xué)儀器開始從“制造”走向“創(chuàng)造”之路。但總體而言，我國(guó)科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)還處于初始階段，我們應(yīng)該冷靜、清醒地看到并承認(rèn)差距和困難，也深知今后10~15年是我國(guó)儀器工業(yè)追趕世界先進(jìn)水平的關(guān)鍵時(shí)期。

　　但只要我們堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀統(tǒng)領(lǐng)全局，轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念、創(chuàng)新發(fā)展模式、提高發(fā)展質(zhì)量，我們的目標(biāo)一定可以實(shí)現(xiàn)。