HORIBA：近10年推出了哪些分子荧光光谱技术？——点亮光谱仪器“高光”时刻系列活动

2012-2021年，光谱仪器及技术突飞猛进，相关的新产品、新技术层出不穷：拉曼、近红外、激光诱导击穿光谱、太赫兹、高光谱、超快光谱、光谱成像......不仅给科研注入了新的活力，更是给企业带来了客观的经济效益。“光谱十年”之际，仪器信息网特别策划《点亮光谱仪器 “高光”时刻》系列活动，以期盘点光谱仪器及相关技术的突出成果，展现光谱仪器及相关厂商的“高光”时刻。

本期，我们特别邀请到了HORIBA 科学仪器事业部荧光产品经理周磊博士讲述HORIBA分子荧光光谱仪的“高光”时刻。

仪器信息网：过去十年间，哪些光谱技术的进步让您印象深刻？

周磊博士：从1972年推出第一台商业化模块化荧光光谱仪至今，HORIBA Scientific已经拥有50多年设计和生产各类荧光光谱仪的历史。HORIBA从荧光光谱仪这项技术刚开始起步时就一直在推陈出新，每一个新产品都伴随着全新技术的应用，并且一直站在模块化、多寿命技术（相调制、TCSPC、Strobe、MCS、SSTD等）、多功能扩展、多附件耦合的技术前沿，不断创新发展产生了一系列突破性的技术革新，最让人印象深刻的技术包括：

表1近10年令人印象深刻的分子荧光技术

仪器信息网：截至目前，贵公司有哪几款光谱仪器曾经获得“科学仪器优秀新品”奖 ？该仪器研发的背后有什么样特别的故事？

周磊博士：HORIBA的分子荧光产品一直在推陈出新。这些产品技术不仅得到了仪器信息网各位专家和用户的好评，也多次获得仪器信息网“优秀新品奖”，为整个分子荧光市场注入了新活力。

2011年 Aqualog获得2011科学仪器优秀新产品

Aqualog^®凭借其高灵敏度、超快速等国际领先技术， 成为全场唯一获奖的分子荧光光谱仪，也是六年来唯一获得此奖项的分子荧光光谱仪。

2014年 DeltaFlex获得2014科学仪器行业优秀新产品

2014年，DeltaFlex凭借全球同类产品中最快的寿命衰减采集时间（低至1ms）和超宽的寿命测试范围（25ps~1s）等性能，成为全场唯一获奖的分子荧光寿命光谱仪，也是九年来唯一获得此奖项的分子荧光寿命光谱仪。

2018年 Duetta获得2018科学仪器行业优秀新产品

Duetta凭借全球产品中唯一能够一次采集覆盖宽光谱范围（250~1100nm）和专利A-TEEM技术，成为全场唯一获奖的分子荧光光谱仪。

2018年 Duetta同期获得2018Pittcon Today Gold Award

仪器信息网：获奖产品的销售情况如何？解决了哪些关键问题？有哪些典型用户或典型的应用案例？行业影响力及用户的反馈情况如何？

周磊博士：Aqualog（同步吸收-三维荧光光谱仪）基于A-TEEM专利技术，在荧光内滤效应消除、超快三维荧光采集、复杂样品多组分分析等关键问题上具有全新突破，已在环境有机污染物、食品分析、医药等市场方面有突出的表现。例如，陕西科技大学陈庆彩团队围绕“大气颗粒物中新型健康风险物质的污染特征、来源和形成机制”课题研究方面取得重要进展，并在ES&T、ACP、EI等一系列大气环境领域顶级期刊上发表7篇高水平论文。大气颗粒物中的发色团物质组分复杂，基于HORIBA Aqualog 同步吸收-三维荧光光谱仪，使用A-TEEM方法可以有效鉴定和识别多种简单发色团类型，并能够提供构建化学反应中结构-活性之间的关系，对于揭示具体种类发色团产生光化学反应提供了重要方法途径。Aqualog扫描速度快，比常规扫描速度快百倍；软件可自动溯源硫酸奎宁校正曲线及校正内滤效应影响，以及锐利和拉曼散射线，快速输出至多变量分析（例如PARRAFAC），是实时在线分析大气气溶胶的利器。

陕西科技大学陈庆彩教授所用的大气气溶胶在线分析系统照片（图上部设备为Aqualog）

荧光寿命光谱仪Delta系列，具有全球同类产品中最快的寿命衰减采集时间（低至1ms）和超宽的寿命测试范围（25ps~1s）等性能。该系统一经推出，就受到了业界高度关注，助力科研人员发表了数篇重量级文章，其中仪器仪表类的国际一流期刊“Measurement science and technology”文章就曾提到：“全球首次将百兆赫兹级半导体激光和超短10ns死时间TCSPC计时单元完美匹配，避免了样品的再激发和信号丢失问题，可快至1ms收集荧光衰减曲线。”刊登在“Spectrochimica acta part A: molecular and biomolecular spectroscopy”的文章显示：“基于最新技术的DeltaFlex系统，在无需更换检测器和电子器件条件下实现了皮秒至秒的宽寿命测试，首次利用内源氨基酸监测了不同温度对蛋白变性转换的动态影响。”北京大学分析测试中心作为国内较早的DeltaFlex寿命光谱仪的用户之一，一直以来服务于科研用户。平台在购买荧光寿命测试系统的时候，关妍博士比较了多个厂家，最终选择HORIBA 的DeltaFlex也是考虑了多方面的因素，包括仪器操作简单、相应的配置性能好、具有多种扩展性等。关妍博士在接受仪器信息网采访时曾表示：“其中光源、检测器、计时单元是三个关键因素：一套设备覆盖了皮秒到秒的测试范围；配备了紫外可见区和近红外区两个波段的检测器；此外，计时单元的响应速度等也决定了测试的准确性等，测试速率是满足预期的。”（https://www.instrument.com.cn/news/20170614/222022.shtml ）。关妍博士最新的两篇文章（ “Ultralong Polymeric Room Temperature Phosphorescence Materials Fabricated by Multiple Hydrogen Bondings Resistant to Temperature and Humidity”和“Organic Persistent Luminescent Materials: Ultralong Room-Temperature Phosphorescence and Multicolor-Tunable Afterglow” ）基于HORIBA磷光寿命技术和延迟光谱功能对材料的双重（荧光和磷光）发射进行了深入研究，并且在不同的延迟时间获得了从蓝色到黄色到紫红色的多色可调余辉，有望应用于高水平的防伪。HORIBA磷光寿命技术使用无拖尾的SpectraLED光源，真实实现1μs寿命测试，可以消除闪烁氙灯拖尾的影响。延迟光谱功能采用真实门控技术，全波长185~5500nm光谱范围覆盖，避免虚拟（或电子）门控造成的检测器饱和和灵敏度不高的问题。

北京大学分析测试中心关妍博士所用的DeltaFlex照片

北京大学分析测试中心关妍博士所用的Nanolog和DeltaFlex的照片

另外，HORIBA在2018年推出的荧光光谱仪Duetta也收到了良好反馈，解决了市场上小型荧光在近红外一区波长检测的短板，并且吸收和荧光功能二合一，因此在生物、医药等领域广受欢迎。西南大学国家特聘专家郭鸣明教授研究组是Duetta最早的用户之一，课题组自2018年底购置Duetta荧光仪以来，已完成超过千余个测样量，目前是课题组使用最频繁最方便快捷的仪器之一。超快的三维荧光光谱图测试功能为课题组节省了大量的工作时间，荧光紫外吸收同步测试方法更是方便了制样与节约检测时间，动力学跟踪方法已经是科研工作者进行科学研究探索中不可或缺的方法，多种样品支架满足课题组多个方向的人员使用，固体、液体、薄膜均能快捷检测。前段时间郭鸣明教授还利用该仪器成功测出室温磷光光谱。更多研究成果可以参考课题组已经发表的代表作：Influence of carbon nano-dots in water on sonoluminescence. Nanoscale, 2021,13, 14130-14138和 Optically induced insulator-to-semiconductor transition in fluorescent carbon quantum dots measured by terahertz time-domain spectroscopy， Carbon, 2021, 174, 741-749。

西南大学国家特聘专家郭鸣明教授研究组所用的Duetta照片

仪器信息网：贵公司光谱仪器的生产工艺是如何把控的？在产品的质控及生产车间管理方面有什么独特的地方？

周磊博士：HORIBA Scientific拥有200年的光学光谱产品研发、设计、生产经验，公司掌握着两大核心设计能力，即核心部件如光栅、探测器（包含独有的皮秒寿命检测器）、单色仪的研发制造能力和整体光学光谱系统的设计生产能力。从上世纪70年代开始一直专注于TCSPC系统的开发，拥有寿命系统所有核心部件的研发和生产经验，不断在稳瞬态系统上保持高性能以及简单实用的特点。凭借核心部件研发制造能力，HORIBA可以开发出更高性能指标的光学光谱仪器。同时，仪器制造的创新需求又在推动核心部件技术的不断发展。这种独有的核心能力，成就了HORIBA仪器的百年品质。2018年HORIBA美国新工厂揭幕，投资21亿日元，建筑面积12,292m2，专注提升荧光和搭建光谱技术的研发及生产。

HORIBA相信，为客户提供的产品质量和服务水平是确保我们超越客户期望和公司持续成功的关键，我们通过 ISO-9001:2015 标准认证的质量管理体系帮助我们实现目标并不断提高效率。

HORIBA Instruments Incorporated新研发及生产工厂

HORIBA对待每一个产品都非常用心，所有核心部件出厂之前都要进行长时间大量的内部检测，采用多控制流程，例如文件管理控制，CE、REACH、RoHS法规要求、客户满意度调查系统、设备校准和认证。整机仪器，如荧光光谱仪，不同用户的配置是不一样的，有些甚至是定制的，所以我们所有的设备都是单独逐一测试。我们有一套严格的QC指标，这些QC测试人员与生产仪器者独立分工，做到确认检验和过程中质量问题的预防和控制。荧光光谱仪强调强度校正（激发/发射端、积分球，检测器、光谱仪及偏振等），从而保证宽光谱范围检测准确性。在校正方法和工具开发上，HORIBA一直以来与NIST保持长期标准方法开发合作。HORIBA荧光光谱仪整体系统采用NIST标准校正样品、工具和方法，保证整机性能可溯源。

仪器信息网：未来贵公司光谱产品线的发展规划，重点发展哪些类别的光谱产品？

周磊博士：HORIBA是唯一研发设计生产全系列科研荧光光谱仪的厂家，型号涵盖了稳瞬态光谱仪，覆盖了紫外-可见、近红外、中红外光谱范围。针对不同应用领域，HORIBA会根据客户的实际应用需求特点，来推荐相应的特色配置，并不会刻意主推某款产品。

譬如：Aqualog主要针对于复杂水环境，大气颗粒物中的发光基团等的整体研究，无论是软件功能或者硬件设计，都从环境工作者的角度出发，解决环境科研分析的需求，比如通过专业软件，进行化学计量学分析，判断污染物的组分；Duetta针对于生物荧光探针等具有近红外一区快速检测需求的应用（量子点，有机荧光探针、金纳米团簇等），由于其配备的CCD具有一次性采谱与宽检测范围（250~1100nm）的特点，在连续监测波长范围上十分具有优势，按压式的样品仓方便客户在实验室环境中操作时的便捷性，不开盖加样的设计满足了客户在测试过程中去添加样品，以此来查看两种或多种物质在反应过程中全谱的变化信息；荧光寿命光谱仪具有高能量窄脉宽寿命光源，皮秒稳瞬态检测器及自动拟合寿命软件，在太阳能钙钛矿，光催化研究中得到了广大科研用户的认可；模块化荧光光谱仪产品Fluorolog-QM，通用性强，采用开放式模块化光路设计，根据用户的需求定制系统，并且在近红外光谱和寿命采集上具有其独有优势，可以同时检测近红外光谱与寿命。全新软件可以实现稳瞬态功能同时控制，内含特质化功能，同时包含多种数据处理方式。融合多种寿命测试技术，多元化满足客户寿命测试需求。模块化荧光光谱仪等主要针对于多功能，高灵敏度，定制化的科研领域，在近红外研究领域，如稀土元素掺杂的材料中更有其独有的优势，同一检测器就可实现近红外光谱与寿命的测量，性价比更高；针对纳米材料研究专门开发的Nanolog模块化荧光光谱仪，配合专利技术碳管分析软件，特别适合于碳基半导体研究中的碳管管径、手性指数分析，扩展波长的近红外阵列检测器，轻松实现2100nm范围的三维光谱检测；DeltaFlex和DeltaPro专注于荧光寿命的表征，在表征钙钛矿材料中载流子等方面（分子互作，比率荧光）有着很大的应用优势；视频级的荧光寿命成像技术（FLIMera荧光寿命成像相机）在研究神经传导、分子微环境（如pH值、离子浓度的不同）等领域有着非常广泛的潜在应用。

仪器信息网：从行业发展角度来说，您认为目前光谱仪器整体技术水平怎么样？未来最具前景的光谱仪器或者技术是什么？最具前景的应用将体现在哪些方面？

周磊博士：HORIBA是以客户的需求为导向，不断开发满足客户不同应用需求的产品，针对热点应用领域，推出专业化解决方案。例如目前非常热门的OLED显示材料、钙钛矿太阳能电池、AIE、碳基半导体等。HORIBA着重于科研应用市场，并且深入工业分析、研发市场。如果说HORIBA以往产品技术更加专注和擅长于高端科学研究领域，将来更多领域的应用都需要更专业的仪器，我们会向专业化方向发展。新品Duetta的更快捷测试技术、更小巧的外观设计以及磷光光谱（延迟光谱）中经典的真实门控技术，太阳能应用的专属寿命系统也使HORIBA荧光从科学研究领域向分析测试、工业应用市场的拓展成为可能，分析测试、工业领域等未来潜力市场也将得到HORIBA的重点关注。