多光谱成像分析

上海2011年8月19日电 海洋薄膜全新的研发平台推出了SpectroCamTM多光谱成像仪(MSI)，该平台融合了科研级电荷耦合器件阵列和精密的旋转式光学滤光片转盘，创造出世界上第一个完全可配置的多光谱成像仪。应用领域包括水质测量、产品筛选、机器视觉、医疗成像、监控以及验证。SpectroCamTM多光谱成像仪　　SpectroCam 成像仪通过添加新的光谱测量量纲来补充单点光谱。利用单点光谱仪，用户可以分析不同样本上光谱的差别。然后选择差异最显著的光谱区域内以及周边的离散滤波器，之后用户可使用SpectroCam成像仪创造一幅生动的样品差异图。　　SpectroCam成像仪的中心是一个宽频带电荷耦合器件，该器件对于穿过近红外光谱的可视物很敏感。系统的精密滤光片转盘以及光学器件可定制以满足各种应用需求。成像速度为满分辨率下20fps，标准的F-Mount配置可兼容一系列的镜头、焦距和视野。每套系统包括一个镜头、八个标准可互换式滤光片以及软件。　　海洋薄膜与微型光谱仪领军企业海洋光学合作发明了这套设备，从大学研究人员到具备强大生产能力的原始设备制造商，让多光谱成像仪走进每个人的生活。互换式光学滤光片和持续旋转滤光片转盘克服了许多棱镜多光谱成像系统会遇到的问题。有了可互换式滤光片，用户可以尝试多种滤光片，经过对比之后对最好的滤光片进行缩窄处理，极大减少了研发时间以及客户产品的市场投放时间。　　SpectroCam平台可方便与多种原始设备制造系统相整合，经过改良可符合特殊的机械和环境要求。　　关于海洋薄膜公司和豪迈：　　海洋薄膜公司(OTF)总部设在美国，设计和生产精密光学涂层、元件和组件，可广泛用于多种产品和定制应用领域。基于在开发薄膜涂层方面的全面知识，我们的团队提供专家级的设计支持，用于合作式的定制工艺解决方案，通过大量合约生产，提供快速样品。OTF 是英国豪迈集团(HALMA p.l.c.-www.halma.cn)光电部旗下子公司。创立于1894年的豪迈是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有3700多名员工，约36家子公司。豪迈目前在上海、北京、广州、成都和沈阳设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。

如何充分获取古代珍贵壁画内部信息，有效保护人类珍贵遗产?这一曾经困扰文保专家的难题，在非介入式成像技术广泛应用下迎刃而解。12月1日至3日，由英国诺丁汉特伦特大学发起，英国研究理事会支持，陕西历史博物馆、西安文保中心等单位协办，西北大学文化遗产学院主办的“成像科学与丝绸之路沿线壁画保护研究国际学术研讨会”在陕西省西安市召开。来自英国、法国、德国、俄罗斯及中国等从事文化遗产保护及科学研究领域的专家、学者约80人进行了研讨和交流。　　在古代壁画以往的保护研究中，采用的主要手段包括湿法化学分析、仪器分析等，这些手段大多数都要从文物上取样，并且测试分析只是局部、点上的结果，无法给出保护所需的准确数据和壁画的全面信息。　　最近10多年来，中外文保专家经过长期探索，将非介入式成像技术应用于文物保护和考古研究领域，其先进的科学理念和良好的技术手段获得广泛认同。　　多光谱和高光谱成像系统属于专门为高分辨率远距离检测壁画而设计的技术系统，通过对壁画残片和标准样品进行多光谱成像分析，并结合X荧光光谱仪、扫描电镜能谱仪和傅里叶红外光谱，就可以判定壁画绘制时所使用原始材料(例如青金石、赭石)的类别，从而为壁画修复提供科学的依据。　　OCT技术系统在文化遗产保护领域也得到广泛的应用。该技术以非介入或非接触式的工作方式对文物内部结构进行成像，从而给出壁画的三维层位信息。　　数字成像技术系统则应用高清晰数字摄影、虚拟漫游等多种技术，对壁画等文物遗存进行全方位采集数据，全面展示数字成像技术在文物领域的应用前景。另外，激光全息摄影成像可以诊断壁画表面病害特征。　　丝绸之路沿线分布着大量的历代壁画，如何有效地保护好这一全人类的文明见证物，是国际社会的共同责任。此次会议旨在为各国科学家提供一个相互交流的平台，为将来更加有效地保护各类壁画成就更多更有效的技术体系。

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。徐明 研究员中科院生态环境研究中心人物简介：徐明，中国科学院生态环境研究中心，研究员，博士生导师。主要从事重金属（离子态、颗粒态）的健康效应、分子靶点及分析方法研究。获国家基金委优秀青年科学基金、入选中国科学院青年创新促进会。主持并参与国家自然科学基金、科技部973、科技部重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项B等9项。发表论文72篇，申请和授权国家发明专利3项。本次会议中，中科院生态环境研究中心徐明研究员分享了《贵金属纳米颗粒的体内示踪与原位成像谱学方法研究进展》（点击回看》》》）引发行业关注。会后，我们也再次邀请徐明研究员分享其团队在纳米颗粒原位分析的系列研究成果。1、成果简介纳米材料已被广泛应用于工业、农业、食品、医药等领域。例如，银纳米颗粒作为抗菌剂被用于病原微生物的消杀，金纳米颗粒因其优良的光学性能和生物相容性被用于疾病诊断与治疗等等。一旦进入生物体内，纳米颗粒会经历复杂的转化过程，包括溶解、聚集、解聚等。纳米颗粒的体内转化会改变其物理化学特性，进而对纳米颗粒的功能产生影响。然而，目前针对纳米颗粒体内转化、分布的原位分析表征极具挑战。通常使用电子显微镜对组织或细胞内的纳米颗粒进行检测，该种方式成本高，操作难，不易于推广。其它成像技术，如质谱、红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱等，成像分辨率难以达到纳米级别，无法实现单颗粒分析。针对上述难题，为实现生物组织和细胞中纳米颗粒转化与分布的精确分析，徐明研究员研究团队近期开展了基于光谱成像和质谱成像的纳米单颗粒原位分析研究。成果一：细胞内金纳米颗粒聚集行为的单颗粒成像分析为观测金纳米颗粒（AuNPs）的细胞内聚集行为，我们基于高光谱暗场显微镜（EHDFM）开发了一种单颗粒成像分析新方法。利用局域表面等离子共振现象（LSPR）产生的散射光谱信号，可对AuNPs的聚集程度进行定性和定量分析，实现生物介质中和细胞内AuNPs的原位单颗粒分析（图一）。该方法具有很好的特异性与灵敏度，相关研究成果近期已发表于Journal of Physical Chemistry B（https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.2c08289）。图一成果二：利用间充质干细胞进行肿瘤靶向递送金纳米颗粒的原位成像分析为观测金纳米颗粒（AuNPs）的体内行为与分布特征，其团队整合了激光溅射电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）和高光谱暗场显微镜（EHDFM）技术，可实现生物组织中AuNPs的定性与定量成像分析（图二）。针对纳米颗粒肿瘤靶向效率低的问题，我们比较了间充质干细胞（MSC）介导的AuNPs肿瘤靶向与增强渗透滞留效应（EPR）间的递送效率差异，证实MSC介导的肿瘤靶向递送效率比EPR效应提高了2.4~9.3倍，可将更多AuNPs递送至肿瘤坏死核心。相关研究成果近期已发表于ACS Nano（https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07295）。图二成果三：新型核壳结构纳米探针成像分析银纳米颗粒的胃肠道转化为观测纳米颗粒的体内转化过程，我们开发了一种以星形金纳米颗粒为内核，外层包覆银壳的球形核壳结构纳米探针（Au@AgNPs）。在体内，一旦该探针的银壳发生溶解等转化，就伴随着元素和光谱信号的变化，进而可通过LA-ICP-MS和EHDFM进行成像分析（图三）。利用该纳米探针，其团队成功示踪了颗粒银在小鼠胃肠道中的转化与吸收过程，揭示了颗粒银和离子银的体内行为与分布特征的差异。相关研究成果近期已发表于Advanced Functional Materials（https://doi.org/10.1002/adfm.202302366）。图三2、产业化意向上述相关的成果正在申请国家专利，后续将发展更多面向应用的技术方法和成像探针，欢迎相关的科研与产业合作。3、课题组未来研究计划后续研究中，徐明研究员研究团队将重点开发针对生物分子和纳米材料的质谱、光谱成像技术。