科學儀器學科與技術進展的研究報告（四）
6.在光譜技術領域值得關注的三項新技術取得重大突破
(1)太赫茲輻射技術及其相關儀器的新進展
近二年來，太赫茲輻射技術取得了不斷的進步，特別是這些技術的應用得到了迅速的發展，相關儀器開發和國防、安全檢查、材料識別與診斷、生產監測、生物醫學等領域應用都取得了許多進步。
太赫茲輻射(T-射線波長為3,000~30微米范圍內的電磁波)可以像X-射線那樣穿過某些材料，“看”到其背后的物質。T-射線光子能量極低，不會對人體和其他材料造成電離，大多數包裝材料如紙張、碳素板、塑料等對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-射線進行成像，透視出包裝物品內部物體的T-射線圖像來，從而可以應用于機場行李箱的安全檢查和醫生對人體內有損傷或破裂器官的檢查。該技術的最大困難在于難探測到比較微弱的太赫茲輻射信號。
太赫茲技術的應用領域主要包括太赫茲光譜、太赫茲成像和太赫茲通訊幾個方面。美國PicoMatrix公司和Zomega Technology公司、英國TeraVIEW公司、日本Nikon公司、布魯克光譜公司都相繼開發出了太赫茲光譜儀和成像系統。
太赫茲時域光譜技術，目前仍然是太赫茲光譜技術的核心研發領域。
太赫茲成像技術，目前主要向著實時成像、全息成像和三維立體成像技術方向發展。利用太赫茲電場相位信息的相位成像技術，是當前國際上積極發展的太赫茲成像技術之一。
為了發展小型化太赫茲系統，基于飛秒光纖激光器的太赫茲產生與探測系統，已經有實驗室原型樣機出現。太赫茲光子器件的研發，如太赫茲透鏡、太赫茲濾波片、太赫茲波帶片等光子學器件，已經吸引了國際科技界的廣泛關注。
美國、日本和歐洲相繼將太赫茲技術列為未來幾年發展的關鍵技術。
我國于2003年啟動了“太赫茲物理器件及應用研究重大項目”。“我國首臺基于電子激光的太赫輻射源”被評為我國2005年基礎研究十大新聞的第三項。
(2)光學分子成像系統
分子影像學是一門新興的、交叉的科學，具有傳統成像所不具有的特點：無創傷、實時、活體、特異、精細(分子水平)的顯像等獨特性質。
國外光學分子成像系統
A. 精諾真活體內可見光成像系統——Xenogen-200
200系列體內可見光成像系統，可以做激發熒光和自發熒光斷層成像，可實現三維熒光光源的重建。它的探測深度為：顱內可達3~4cm，分辨率為1~3mm。
B. KODAK高性能數碼成像系統——KODAK
它能進行二維成像，分辨率為厘米級。不能進行三維成像。
C. 小動物光學分子成像系統——GE
GE Healthcare通用電氣醫療集團的eXplore Optix小動物光學分子成像系統，是激發熒光成像設備，探測深度：靈敏度高的時候，為1.5~2cm;靈敏度低的時候，為3~4cm。分辨率為0.5~3mm。雖然國外已經做出了光學分子成像系統，不同程度上還是有一定的缺陷。
國內光學分子成像系統
國內，清華大學、天津大學等少數的科研單位正在研制激發熒光斷層成像(FMT)原型系統。截止到目前為止，國內還沒有擁有自主知識產權的光學分子成像設備。在綜合上述3種國外光學分子成像設備的優點并對缺陷進行了改進之后，我國構建了BLT/FMT原型系統。該系統包括熒光信號采集裝置、圖像信號預處理模塊以及計算機系統，可以完成自發熒光斷層成像(BLT)和激發熒光斷層成像(FMT)。BLT軟件已獲得我國科技進步二等獎，BLT/FMT的研究已列入國家973計劃。
?? 中科愷盛利用中科院的分子影像技術，成功開發出“二維實時在體生物自發光分子影像系統”、“三維多模態多光譜生物自發光分子影像系統”系列產品，并于今年2月生產出我國第一臺擁有完全自主知識產權的高端醫療器械——生物自發熒光分子影像系統，從而結束了我國在分子影像這一新興領域沒有完全自主知識產權高端醫療器械的歷史。和目前國際上少數發達國家生產的類似產品比較，中科愷盛的分子影像系統不僅能對對象的在體進行實時、連續無創觀察；而且因其攻克了目前光學分子影像設備無法解決生物組織“非勻質下重建”的難題，還能在體區分出心、肝、脾、肺等各個組織器官。此外，該系統采用了世界領先的計算機圖像重建算法，國外產品的空間誤差一般在2-3毫米，而該設備已能把誤差控制在0.5到1毫米。大大地提高了實驗結果的準確性。
(3)表面增強拉曼光譜技術
表面增強拉曼散射(SERS)技術具有靈敏度高、干擾小的特點，適合于研究界面效應，可以解決生物化學、生物物理和分子生物學中的許多難題。以往由于重現性不好等問題，SERS在分析測試中還沒有發揮應有的作用。近年來， SERS的最新成果有望解決超高靈敏度分析問題，甚至進行生物單細胞和單分子以及納米結構的分析。針尖增強拉曼顯微技術(Tip-enhanced Raman microscopy)利用金屬涂層的懸臂在針尖區域產生增強信號，使得在與針尖相接觸的被研究物表面有可能測定SERS信號。生物芯片與SERS技術的結合也是一個令人感興趣的方法。在芯片表面通過固定生物病原體以及對SERS有活性的金屬，來測定出SERS信號。這些方法還有一些技術難題需要解決，但超高的SERS信號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)質譜儀及其分析技術的新進展
質譜分析技術是探索物質組分和結構的最有力手段，在引發的物理、化學、生物的一系列科學突破中起著關鍵作用，所以諾貝爾獎曾于1906、1911、1922、1989、1992和2002年度，授予與質譜儀和質譜分析理論有關的7位科學家。
離子化技術和質量分析器是質譜技術的核心，前者是把待分析樣品分子轉化為離子，后者是把離子按其質量分離并分別測量它們的數目，構成質譜圖。
-
市場商機
-
焦點事件
-
會議會展
-
焦點事件
