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  • 發布時間:2020-07-14 11:47 原文鏈接: 科學儀器學科與技術進展的研究報告(七)

      (六)X射線儀器

      1. X射線衍射儀

      國外在X射線衍射儀方面的的技術發展很快。主要表現在新型探測器、模塊化、分析軟件的功能強化、先進的X射線光學器件等方面。

      目前國外各衍射儀生產廠家紛紛研發配備新型高性能探測器,以確保高檔儀器市場中的競爭地位。有的公司每不到兩年就推出一種新儀器。新型高性能探測器的優點是,使測試效率提高數倍到上百倍,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、多功能化使得簡單的切換操作就可以變化功能,從而使一機多功能成為現實。機械精度和控制指標也大幅度提高。

      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,如單晶結構分析算法,多晶全譜擬合結構優化算法,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探測器、采用了MikroGap(TM)ZL技術,從而使得有效區域大幅度上升到14 ×14cm空間分辨率的同時,動態范圍達108。VANTEC-2000整合了氣態探測器和固態探測器二者的各自優勢,在耐用性、分辨率、靈敏度和動態范圍等方面均有突破性的進展,是一款真正的準無噪音檢測器。

      日本理學推出的SmartLab? X射線衍射系統,是全球第一款可在一臺全自動化系統上完成所有X射線衍射測試的XRD系統,儀器具有獨特的Guidance?智能化軟件以及獲得ZL的Cross Beam Optical?技術,可以完成一系列對于尖端材料研究至關重要的尖端測試,包括X射線衍射(XRD)、X射線反射(XRR)、小角X射線散射(SAXS)等。

      我國生產XD—2/XD—3多晶X射線衍射儀,重復性已優于0.0006o。

      2. X射線熒光分析儀

      X射線熒光分析儀方面,波長色散分析的進展主要是分析軟件性能的提高,即發展高級次譜線的算法和采用基本參數法等,有利于輕元素的定性和定量分析,其它似乎沒有特大的進展。能譜分析儀則在探測器和核電子學方面有重要進展,如Si-PIN探測器和SDD探測器已投入市場,它突破了過去鋰漂移硅探測器的某些性能的限制,使探測動態范圍大幅度提高,從而使探測靈敏度提高,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,它的特點是其靈敏度可達ppb量級。同時,TXRF技術又繼承了EXRF方法的優越性,它的定量分析性能方面也有優勢。

      布魯克·AXS公司的XFlash(R) QUAD檢測器是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硅漂移檢測器。

      3. X射線晶體定向儀

      X射線晶體定向儀是用于生產晶體振蕩器的儀器。其定向精度決定了所生產及篩選的每年近百億片晶片的質量和價格。低檔和高檔的價格相差10倍以上。國外的進展也集中在其精度方面,采用了激光快速測振校正的技術等。

      4. 我國X射線儀的開發與生產

      TXRF已在國際上得到廣泛應用。國內最新推出的TXRF9雙光路全反射X熒光分析儀,可以對從11Na到92U的所有元素進行分析,一次可對近30種元素進行同時分析。

      我國沒有單晶衍射儀的產品,但有4個廠家生產多晶(粉末)衍射儀,年銷售量已超過30臺。但質量和性能方面距國外廠家相差較大,如沒有新型探測器、某些技術指標較差、功能附件過少、軟件不夠先進等。主要靠低價格進入低端市場。雖然也開始了有關某些新技術的工作,但進展緩慢。主要問題有三方面:投入少;沒能快速整合國內的先進成果;生產單位缺乏真正懂得X射線衍射的高檔人員。

      在X射線熒光分析儀方面,我國目前還沒有可以推向市場的波譜分析儀。但已能生產能譜分析儀,年產量達數百臺,也有少量出口。主要問題是其中的關鍵技術部件探測器是依靠進口。

      我國已有X射線晶體定向儀產品。在國內市場中數量上占主要部分。問題是精度不夠高。我國的石英晶振片的產量達幾十億片,占世界產量的大部分,但由于所用X射線晶體定向儀質量不高,價格很低。現已有民營企業在研制高檔定向儀,但資金不足,進展不夠快。

      (七)芯片型微型分析系統

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

      1.生物芯片技術與儀器

      生物芯片是通過微加工和微制備技術在固體表面構建微型生物單元,實現對生命體系中組織、細胞、蛋白質、核酸、糖類、代謝產物、以及相關生物大分子化學修飾信息進行準確、快速、大信息量的檢測。生物芯片被認為是當今十分重要且具有戰略意義的前沿高新技術。這不僅在功能基因組學、蛋白質組學、代謝組學和毒理組學等領域研究中發揮了重要的作用,而且在疾病診斷和治療、新藥研究和開發、農業、環境、食品安全、國防等領域中已經顯示出了非常廣闊的應用前景和巨大的商業市場。

      基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片、組織芯片等發展較早。技術較為成熟的微陣列芯片已經大量進入實用。與生物芯片相關聯的微流控芯片等技術正在逐漸成熟并開始被各領域應用。

      (1)生物芯片技術發展趨勢

      A. 高通量、多參數、多功能、集成化。

      高通量分析平臺是各種生命組學和系統生物學的必備手段和關鍵技術。

      B. 微型化、批量化、標準化、大眾化。

      這些趨勢將使這類產品成為便攜式儀器及價廉物美的芯片耗材,適用于家庭、現場等快速檢測和就地診斷。在未來生物安全形勢比較嚴重的情況下,更為必要和迫切。縮微芯片實驗室代表了未來生物芯片的發展方向,是當今分析儀器發展的新的生長點。

      C. 信息化、網絡化、遠程控制和交互。

      軟件已成為生物芯片應用的重要部分,網絡將海量的、復雜的生物信息進行集成、分析和鑒別。軟件信息技術起到了關鍵作用。

      D. 高靈敏度、非標記檢測技術。

      在生物芯片上進行單分子檢測、一直是普遍關心的研究熱點。納米生物檢測技術在生物芯片技術中的應用得到了充分的重視,用該技術進行單根DNA序列檢測,其檢測速度的發展潛力可以提高數百倍。

      (2)生物芯片及相關儀器的進展以及產業發展趨勢

      歐美大型藥物公司或生物技術公司都利用生物芯片開展藥物相關基因篩選、藥物靶點識別、生物標志物識別和篩選、臨床前期藥物毒理研究、藥物基因組學以及個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,為研究腫瘤的發病機理提供了有利工具。羅氏公司開發了CYP450系統體外診斷基因芯片,用于篩查病人基因組的多態性,實現在治療過程中指導醫生選擇藥物種類和用藥劑量,對病人進行個體化用藥治療。2005年元月,美國FDA批準羅氏公司的CYP450基因診斷芯片上市,將對心臟病、疼痛和癌癥的治療提供有價值的參考。

      (3)生物芯片和芯片實驗室發展前景可觀

      未來生物芯片產業在中國或者國際市場面臨幾個重要機遇。首先,生物芯片在臨床檢測、生物安全檢測、進出口檢疫檢測、司法鑒定、健康篩查等“領域”應用的前景會越來越好。第二,生物芯片技術的體系將會逐漸完善,將逐漸整合并實現集成化和微型化。第三,體系逐漸趨于兩極化,即快速高通量大型系統和小型快速低通量系統,其中芯片實驗室類產品將位居前列。第四,生物芯片體系的國內和國際標準將逐漸建立和趨于完善。

      (4)我國的發展狀況

      國內目前有近50家生物芯片研發機構在微陣列芯片方面和微流控芯片研究方面取得可觀的進展,尤其在毛細管電泳芯片和微流控生化分析系統。迅速開展微流控的應用基礎性研究已刻不容緩。未來微流控分析儀器與設備的市場將占越來越大比重。在生物芯片和相關產業方面,博奧生物公司已具有與國際競爭的水平。其核酸分析芯片、免疫分析芯片、毛細管電泳芯片和生物芯片點樣儀、雜交儀、掃描儀等產品已占國內市場份額的30%,并經國際認證、打入國際市場。


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