光谱成像技术

9月29日，中国科学院光谱成像技术重点实验室成立揭牌仪式暨实验室第一届学术委员会第一次会议在西安光机所举行，这是继9月22日中科院超快诊断技术重点实验室在我所举行实验室成立揭牌仪式后，西安光机所历史上第二个院重点实验室正式宣告成立。我所赵卫所长，马彩文、汶德胜、高立民副所长等所领导班子全体成员，该实验室第一届学术委员会委员顾逸东院士、王家骐院士、朱能鸿院士等十余位我国光谱成像技术领域内的知名专家及有关方面领导出席了会议，我所机关有关部门领导及光谱成像技术重点实验室部分科研人员参加了实验室成立揭牌仪式。中科院光谱成像技术重点实验室成立揭牌仪式暨实验室第一届学术委员会第一次会议在西安光机所举行　 光谱成像技术是20世纪80年代出现的一项集光学、光谱学、机械结构、电子学、计算机科学于一体的新兴学科，作为现代科学仪器的前沿和光学传感器的发展方向，光谱成像技术具有光谱探测与几何成像双重功能，能够在连续的谱段上对同一目标成像，并从获得的光谱图像数据中反映出物质的存在状态和物理化学属性，因而，它被誉为光学仪器发展史上的一次革命。　 西安光机所在我国率先系统、深入地开展了干涉成像光谱技术的研究，经过十多年的努力具备了从基础理论创新，关键技术攻关到工程项目研制的能力，已成为我国光谱成像技术研究的重要力量。新成立的中国科学院光谱成像技术重点实验室将在我所已取得研究成果的基础上，进一步强化创新能力建设，面向国家战略需求和学科前沿，以光谱成像技术研究为核心，以高光谱、高空间和高时间分辨信息获取为目标，以原理创新、关键技术突破、集成创新、应用研究牵引为途径，积极推动我国光谱成像理论、技术与应用的持续发展，为国家安全和国民经济建设服务，并努力将实验室建设成为我国光谱成像理论、技术、应用研究，人才培养和国际交流合作的基地。赵卫所长宣布实验室主任、学术委员会主任以及实验室学术委员会组成人员名单　 在实验室成立仪式上，赵卫所长宣读了关于聘任汶德胜研究员为中科院光谱成像技术重点实验室主任、顾逸东院士为实验室第一届学术委员会主任的任命文件以及实验室第一届学术委员会组成人员名单，并为新一届的实验室主任、学术委员会主任和学术委员会委员一一颁发了聘书。在与会人员的热烈掌声中，赵卫所长和顾逸东院士共同为中国科学院光谱成像技术重点实验室成立揭牌。赵卫所长和顾逸东院士共同为中国科学院光谱成像技术重点实验室成立揭牌　 根据大会议程，随后由顾逸东院士主持召开了中科院光谱成像技术重点实验室第一届第一次学术委员会会议。会议听取了汶德胜主任所作的《中国科学院光谱成像技术重点实验室2009年工作报告》，审议了《中国科学院光谱成像技术重点实验室学术委员会章程》，同时对实验室发展目标与学科规划、学科与研究方向设置、开放课题指南与自主前沿部署、队伍建设及管理运行、研究进展情况与工作重点等有关议题进行了认真的研究和讨论，与会的专家和领导一致认为：中国科学院光谱成像技术重点实验室建设目标明确，发展规划可行，学科及研究方向设置合理，符合院重点实验室定位；2009年开放课题指南与课题设置注重与国家重大需求衔接，符合学科发展趋势；组织结构和科研队伍结构合理，科研条件及设施良好，管理运行规范，实验室各项研究工作进展顺利，整体发展态势良好。中科院光谱成像技术重点实验室学术委员会主任顾逸东院士主持第一届学术委员会第一次会议中科院光谱成像技术重点实验室主任汶德胜研究员在会议上讲话　 学术委员会还就进一步做好实验室的发展工作提出了一些建设性的意见和建议：应积极关注光谱成像学科发展趋势的研究，进一步提升光谱成像关键核心技术和工程技术等创新能力的建设；进一步做好学科凝练工作，加强学科的布局与规划，应坚持突出重点，强化学科特色；进一步加强高水平人才队伍建设，加大学术带头人等优秀人才的引进和培养，注重开展国内外的科技合作与交流。中科院光谱成像技术重点实验室第一届学术委员会委员（部分）

6月10日，中科院计划财务局与高技术研究与发展局组织专家组来到中科院西安光学精密机械研究所，对中科院光谱成像技术重点实验室进行了现场评估。　　光谱成像技术院重点实验室2008年12月经中科院批准成立，以干涉式光谱成像技术及其他光谱成像技术为主要研究方向。成立以来，实验室面向世界科技前沿和国家战略需求，以光谱成像技术研究为核心，以高光谱、高空间和高时间分辨信息获取为目标，以原理创新、关键技术突破、集成创新、应用研究牵引为途径，不断提高持续创新能力，符合国家中长期科技发展规划和中国科学院的学科布局。　　实验室在光谱成像理论、空间调制型干涉成像光谱技术、时空调制型光谱成像技术、新型光谱成像技术、光谱数据综合处理技术等研究方面取得了一批创新性成果，所研制的高光谱成像仪成功应用于我国探月工程、环境减灾等领域，获得包括国家科技进步二等奖在内的省部级以上奖励6项。实验室形成了以中青年为主结构合理的研究队伍，同时积极开展国内外合作，形成了全方位、多层次的科技合作格局。学术交流活跃，成效显著。实验室规章制度完善，管理运行规范，科研协作融洽，学术氛围浓厚。依托单位支持有力，实验室发展态势良好。　　在所期间，专家组认真听取了实验室主任杨建峰研究员从实验室概况、承担的任务与取得的成果、队伍建设与人才培养、合作交流、总结与展望等五个方面所做的工作报告。胡炳樑等5位科研骨干分别代表各自的科研领域和学科方向做了代表性成果学术报告，并回答了专家的提问。　　评估组对光谱成像技术院重点实验室进行了现场考察，实地了解了实验室的科研进展、仪器设备、科研团队建设等情况，查阅了实验室的实验记录、设备运行记录和有关规章制度，并与科研人员进行了交流。专家们对重点实验室的定位、取得的成果、人才队伍建设、与国内外的合作、实验室的运行机制等方面的情况给予了客观、公正的评价。专家组还对实验室存在的问题提出了意见和建议，希望实验室在下一阶段进一步加强高层次人才引进及团队优化工作。

近日，西安光机所新型干涉光谱成像技术研究取得重大进展，以光谱室胡炳樑研究员为首的研究团队在国内率先将离轴三反光学系统应用于短波红外干涉光谱成像系统中，并成功研制了基于M-Z像面干涉光谱成像的离轴三反桌面样机系统。　　面向宽覆盖、高分辨率、高光谱分辨率的要求，离轴三反加M-Z像面干涉光谱成像技术可以有效解决大视场光学系统和大尺寸干涉仪的技术瓶颈。M-Z干涉仪放置在系统会聚光路中，在减小系统体积和重量的同时，能量利用率可以达到成像仪的极限 离轴三反光学系统则能够同时实现长焦距与大视场，并且没有中心遮拦，传递函数高。但在基于M-Z像面干涉的光谱成像系统中，离轴全反射系统难以补偿会聚光路中M-Z干涉仪棱镜元件所引入的像差，为此，科研人员将校正补偿系统应用到离轴三反系统中，设计并成功研制了一种新型离轴三反成像光学系统，并针对离轴三反系统装调自由度多，结构非对称性以及离轴系统离轴量需要精确测量调整等问题，解决了离轴非球面微应力装夹、多自由度调整结构形式、离轴三反系统高精度装调等多项技术难点，为高分辨率、高光谱分辨率光谱成像技术奠定了坚实基础，并完成了必要的技术储备，使我所先进光谱成像技术达到了国内领先水平。　　此次研究工作取得重大进展的过程，充分体现了我所科研人员勇于攻关、勤于奉献、努力进取的精神。由于是在国内首次开展基于干涉光谱成像的离轴三反光学系统的研究，研制难度大，时间进度紧。在所各级领导的关心支持下，项目负责人胡炳樑研究员积极牵头组织专家进行方案论证，为项目设计、加工和装调，在人员、技术、设备等多方面提供了强有力的支持 白清兰研究员、熊望娥副研究员勇于攻坚克难，通过多次与领域内专家研讨，并组织科研人员无数次的讨论、论证，最终确定了新型离轴三反光机系统的设计和初步装调方案，并亲自带领年轻科研人员赵强、赵稳庄、孙剑、李勇、李立波、邹纯波、张宏建、赵瑞萍等参与项目的设计调试工作，实现了预期的研制目标 刘学斌研究员带领王爽、皮海峰、张雯、王彩玲等年轻科研同志，加班加点顺利完成了低噪声短波红外电路的设计工作，为全系统调试的顺利进行做出了极大贡献 王忠厚研究员、白加光研究员等为项目的前期方案论证和整个过程的研制提供了大量的技术支持和帮助 系统调试过程中，在系统工程部李华主任、检测中心赵建科主任的支持下，段嘉友、张建、李智勇等与项目组密切配合，出色完成了离轴三反光学系统装调任务。　　日前，短波红外干涉光谱成像系统的研究工作仍在深入进行中，科研人员将不断创新进取，力争取得更大成绩。

p　　记者5月15日从光机所获悉近日，陕西省科技厅组织专家验收委员会，对依托西安光机所组建的“陕西省光谱成像工程技术研究中心”进行了验收。/pp　　陕西省光谱成像工程技术研究中心是由该所申报的经陕西省科学技术厅认定的第一个省级工程技术中心，中心成立后将依托中国科学院光谱成像技术重点实验室的技术优势，拓展光谱成像技术在经济和民生领域的应用，按照市场需求进行产品研发和产业化发展，重点开发附加值高、技术含量高、市场潜力大的产品，持续提供成熟配套的技术、工艺、装备和产品，促进成果转化和技术辐射，带动相关产业和领域的技术提升和科技进步，成为陕西省重要的行业技术服务和工程技术人才培养基地。/p

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。

1月14日，中共中央、国务院在北京人民大会堂隆重举行2010年度国家科学技术奖励大会，党和国家领导人胡锦涛、温家宝、李长春、习近平、李克强等出席大会。胡锦涛等党和国家领导人向获国家科学技术奖的代表颁奖。中科院西安光学精密机械研究所“环境与灾害监测预报小卫星超光谱成像仪项目”荣获国家科学技术进步奖二等奖。　　超光谱成像仪具有“图谱合一”的宽谱段(0.45～0.95mm)和精细光谱(5nm)的探测能力，其在轨获取的干涉图经滤波、相位修正、辐射度修正、光谱反演、光谱修正后，得到每一个像元的超光谱图(曲线)。把每一个像元复原光谱图中具有同一波长的相对应的光谱强度值(光谱辐射功率密度)集合在一起，并以二维空间排序，即可重构超光谱图像序列，即每个谱段的准单色图。再进一步可以合成色彩非常丰富的真彩色图像。　　西安光机所研制的超光谱成像仪装载在HJ-1-A卫星上。它是国内首先采用静态干涉型成像光谱技术新原理，研制的一种新型有效载荷。超光谱成像仪在环境与灾害监测预报中发挥特有的作用。它可以监测土地的沙化、盐碱化、石漠化 探测冰雪灾害与森林、草原火灾 调查国土资源及广域土地分类 进行植被分类、植树造林及退耕还林效果评估以及发现森林砍伐与破坏 服务于农业估产、监测病虫害以及生态环境破坏等。对自然灾害、环境污染、危及人类的危险事故等的发生、定量化分析、评估等将起着重要作用。　　2008年9月6日，我国在太原卫星发射中心通过一箭双星方式将首颗环境卫星(也称为环境与灾害监测预报小卫星星座)A、B卫星成功送入太空。2009年3月30日，国家国防科技工业局在京组织环境与灾害监测预报小卫星A、B星在轨交付仪式。中国航天科技集团公司和中国卫星发射测控系统部将卫星正式交付给民政部和环境保护部投入使用。

据媒体报道，日前由中国科学技术大学侯建国院士领衔的单分子科学团队董振超研究小组，在高分辨率化学识别与成像领域取得重大突破。这项研究结果突破了光学成像手段中衍射极限的瓶颈，将具有化学识别能力的空间成像的分辨率提高到一个纳米以下，这对了解微观世界，特别是微观催化反应机制、分子纳米器件的微观构造，以及包括DNA测序在内的高分辨生物分子成像，具有极其重要的科学意义和实用价值，也为研究单分子非线性光学和光化学过程开辟了新的途径。据悉，该研究工作是在科技部、科学院和国家自然科学基金委的资助下完成的，是该研究团队继2005年实现单分子磁性调控(文章发表在《科学》杂志上)后在单分子科学领域取得的又一项重大进展。　　据文章通信作者之一董振超教授介绍，印度科学家拉曼于1928年发现了光子被物质分子散射后能量发生变化的光散射现象，并在两年后因此贡献获得了诺贝尔物理学奖，是亚洲第一位获此殊荣的科学家。拉曼散射中光子的能量变化通常起源于分子振动能量与入射光子能量的叠加，因此拉曼散射光中包含了丰富的分子振动结构的信息。而由于不同分子的拉曼光谱的谱形特征各不相同，因此可作为分子识别的&ldquo 指纹&rdquo 光谱，就像人的指纹可以用来识别人的身份一样。如今，拉曼光谱已经成为物理、化学、材料、生物等领域研究分子结构的重要手段。　　据介绍，激光光镊拉曼光谱技术是将激光光学囚禁技术和拉曼光谱技术相结合应用于悬浮细胞、生物大分子等进行研究的一种光子技术，更是一种无损、快速、灵敏的光谱学的检测方法。　　专业人士表示，鉴于水的拉曼散射非常微弱，该技术适合于对水溶液中生物大分子、细胞等进行研究。该技术应用光镊把细胞俘获或囚禁在玻片上方10微米左右的位置，可以消除其他拉曼光谱技术将细胞囚禁在溶液中和玻片上所引起的不良影响。并且光镊将细胞长时间囚禁在激光的焦点附近，在优化了散射光的收集光路的同时，还可以得到更高信噪比的光谱。虽然激光光镊拉曼光谱技术已经具有如此多的优势，但这种技术只是对直径较小的细胞有很好的针对性，对像肝癌细胞这样直径较大的细胞并不能全部获取其中的光谱信息。　　目前肝癌已经成为死亡率仅次于胃癌、食道癌的第三大常见恶性肿瘤，但初期症状并不明显。因此，对肝癌的检测就成为了目前医学研究的重要课题。而拉曼光谱成像可以在降低分子成像成本的同时，提供更高的图像敏感度、还有更强的空间分辨率以及更完善的浏览多重信号的能力。　　分析人士指出，拉曼光谱成像已经成为当前所有成像技术中较为优越的一种技术。这种重构的激光拉曼光谱成像系统对肝癌细胞进行了成像研究，获得了单个肝癌细胞微区的拉曼光谱图谱，同时计算出786cm-1、1450cm-1和1658cm-1等特征峰的峰面积，这些特征峰分别归属于DNA、脂类和蛋白质，并根据归一化后的数值在相应的细胞扫描位置给出不同颜色值成像，进而重构出这些物质的拉曼特征峰在肝癌细胞中的分布图。结果表明，应用这种方法可以很明确的看到DNA、脂类及蛋白质特征峰在细胞中的分布情况，并且通过荧光染色验证了成像系统的可靠性。因此通过特征峰的成像图确定物质在细胞中的微区分布情况，为拉曼方法检测和诊断肝癌提供了可靠的依据和重要的参考价值。

p　　现代生物学研究已经不再停留在仅从组织中识别一种特殊的化学成分，或者蛋白成分上了，我们需要精确的了解这些物质是如何分布，如何构成的，解答这些问题需要更进一步的实验技术，比如免疫组化或免疫荧光检测方法，但是这些技术需要特殊的抗体，而且效率低，偏差大。/pp　　因此研究人员将目光转向了质谱技术上，以质谱为基础的成像方法不局限于特异的一种或者几种蛋白质分子，可在组织切片中找到每一种蛋白质分子，并提供这些蛋白质分子在组织中的空间分布的精确信息，而事先无需知道所检测蛋白的信息，不需要对待测物进行标记，分析物可以其最初的形态被检测，同时可对这些蛋白质分子含量进行相对定量，适用于研究生物分子的反应。/pp　　质谱成像(Imaging Mass Spectrometry,IMS)这种最新原位分析技术主要是利用质谱直接扫描生物样品，分析分子在细胞或组织中的 “结构、空间与时间分布”信息。其基本流程(以质谱分析生物组织标记物为例)见下：/pp style="text-align: center "img title="9a504fc2d56285350618456392ef76c6a6ef63fc.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/640b0273-3ad1-4c6a-b6bf-22df33199709.jpg"//pp　　简单而言，质谱成像技术就是借助于质谱的方法，再配套上专门的质谱成像软件控制下，使用一台通过测定质荷比来分析生物分子的标准分子量的质谱仪来完成的。但是随着这项技术的不断发展，也陆续出现了许多针对各种问题的新技术。/pp　　最早的质谱成像技术是基质辅助激光解吸电离(MALDI，matrix assisted laser desorption ionization)质谱分子成像技术，由范德堡大学(VanderbiltUniversity)的Richard Caprioli等在1997年提出，他们通过将MALDI质谱离子扫描技术与专业图像处理软件结合，直接分析生物组织切片，产生任意指定质荷比(m/z)化合物的二维离子密度图，对组织中化合物的组成、相对丰度及分布情况进行高通量、全面、快速的分析，可通过所获得的潜在的生物标志物的空间分布以及目标组织中候选药物的分布信息，来进行生物标志物的发现和化合物的监控。/pp　　正如数字图像包括三个通道：红、绿、蓝一样(单个亮度定义了每个像素的颜色)，质谱成像也包含了数以千计的通道，每一个对应于一个特殊的光谱峰值，“你可以通过质谱方法从这些像素中获得任何信号，然后调整图像中所需分子像素的相对亮度，最后得到一张分子特异性的成像图。”/pp　　这种方法可用于小分子代谢物、药物化合物、脂质和蛋白，而且质谱成像能相对快速的利用许多分子通道，完全无需特殊抗体。下面列出五种先进的质谱成像方法。/pp　　strongI. 挑战高分子量蛋白——MALDI质谱分子成像技术/strong/pp　　在对组织或生物体进行成像，分析小分子构成的时候，有一个“拦路虎”总是阻碍实验的进程，那就是多肽，这些多肽体积十分大，要想对它们进行分子成像几乎是不可能的，比如想要研究肿瘤边缘的分子微环境，如果直接成像是不可能获得清晰图像的。/pp　　来自范德堡大学的质谱方法专家Richard Caprioli博士因此发明了基质辅助激光解吸电离(MALDI)质谱分子成像技术，这项技术不局限于特异的一种或者几种蛋白质分子，它可在组织切片中找到每一种蛋白质分子，并提供这些蛋白质分子在组织中的空间分布的精确信息，而事先无需知道所检测蛋白的信息，同时可对这些蛋白质分子含量进行相对定量。/pp　　MALDI 质谱分子成像是在专门的质谱成像软件控制下，使用一台通过测定质荷比来分析生物分子的标准分子量的质谱仪来完成的。被用来研究的组织首先经过冰冻切片来获得极薄的组织片，接着用基质封闭组织切片并将切片置入质谱仪的靶上。通过计算机屏幕观察样品，利用MALDI 系统的质谱成像软件，选择拟成像部分，首先定义图像的尺寸，根据尺寸大小将图像均分为若干点组成的二维点阵，来确定激光点轰击的间距。激光束通过这个光栅图案照射到靶盘上的组织切片，软件控制开始采集质谱数据，在质谱仪中，激光束对组织切片进行连续的扫描，组织样品在激光束的激发下释放出的分子被质谱仪所鉴定从而获得样品上每个点的质荷比(m/ z)信息，然后将各个点的分子量信息转化为照片上的像素点。在每个点上，所有质谱数据经平均化处理获得一幅代表该区域内化合物分布情况的完整质谱图。仪器逐步采集组织切片的质谱数据，最后得到具有空间信息的整套组织切片的质谱数据。这样就可以完成对组织样品的“分子成像”。设定m/ z 的范围，即可确定该组织区域所含生物分子的种类，并选定峰高或者峰面积来代表生物分子的相对丰度。图像中的彩色斑点代表化合物的定位，每个斑点颜色的深浅与激光在每一个点或像素上检测到的信号大小相关。/pp　　通过增加单位面积上轰击的激光点数量和像素，研究人员可以获得更多的样品信息，例如采用4000 像素比200 像素能够得到更好的样品图像。质谱分子成像技术是一种半定量或相对定量技术，图像上颜色深的部分表明有更多的生物分子聚集在组织的这个部分。然而，不可能据此确定生物分子在组织的不同部位的实际绝对含量。选择组织图像上的任意一个斑点，图像都能够给出一个质谱谱图或者离子谱图，代表在组织的该部位存在这种生物分子，然后与做指纹图谱类似，像做指纹图谱那样，将样品的离子谱图与已知标准品进行对照，分析差异，从而进行生物标志物的发现和药物作用的监控。/pp　　strongⅡ. 无需样品处理 实时成像——电喷雾电离技术/strong/pp　　一般质谱成像方法由于体积庞大，重量重，需要冗长的样品准备阶段，因此并不适用于即时成像(bedside applications)，比如说要帮助外科医生进行实时的肿瘤边界成像监控，那么就要寻找新的方法了。/pp　　一种称为电喷雾电离技术(desorption electrospray ionization，DESI)的MS成像技术解决了这个问题。DESI技术于2004年首次提出，由于这一方法具有样品无需前处理就可以在常压条件下，从各种载物表面直接分析固相或凝固相样品等优势而得到了迅速的发展。/pp　　这种方法的原理是带电液滴蒸发，液滴变小，液滴表面相斥的静电荷密度增大。当液滴蒸发到某一程度，液滴表面的库仑斥力使液滴爆炸。产生的小带电液滴继续此过程。随着液滴的水分子逐渐蒸发，就可获得自由徘徊的质子化和去质子化的蛋白分子DESI与另外一种离子源：SIMS(二次离子质谱)有些相似，只是前者能在大气压下游离化，发明这项技术的普渡大学Cooks博士认为DESI方法其实就是一种抽取方法，即利用快速带电可溶微粒(比如水或者乙腈acetonitrile)进行离子化，然后冲击样品，获得分析物的方法。/pp　　DESI系列产品最大的优势就在于无需样品处理，一般质谱和高效液相色谱分析，样品必须经过特殊的分离流程才能够进行分析检测，使得一次样品检测常常需要约一个小时，而DESI系列产品可将固体样品直接送入质谱,溶液被喷射到检测表面,促使样品离子均匀分布。采用这一手段的质谱分离过程，只需3分钟左右即可完成。/pp　　strongⅢ. 活体成像——APIR MALDI/LAESI技术/strong/pp　　了解细胞的内部成分是理解健康细胞不同于病变细胞的关键。但是直到目前为止，唯一的方法是观察单个细胞的内部，然后将其从动物或植物中移除，或者改变细胞的生存环境。但是这么做的话，会使细胞发生变化。科学家还不是很清楚一个细胞在病变时与健康细胞的差别，或者当它们从一个环境移到另一个环境中产生的变化。/pp　　来自华盛顿大学Akos Vertes教授希望能从另外一个方面来进行活细胞分析，在他的一项关于活叶样品中初级和次级代谢产物分布的研究中，研究人员发现叶片中积累基质很厚，常导致光谱末端低分子量部分模糊，而且基质辅助激光解析电离(MALDI)质谱分析需要在真空中进行，但活体样本在真空中无法存活。/pp　　实际上，MALDI质谱分析的原理是将分析物分散在基质分子中并形成晶体，当用激光照射晶体时，由于基质分子经辐射所吸收的能量，导致能量蓄积并迅速产热，从而使基质晶体升华，致使基质和分析物膨胀并进入气相。而生物样品也可以直接吸收能量的，比如2.94mm波长的光能激活水中氢氧键。/pp　　因此Vertes等人想到复合两种技术来解决这一问题。首先他们利用大气压红外线(an atmospheric pressure infrared，APIR)MALDI激光直接激活组织中的水分，使样品气化，就像是组织表面发生了细胞大小的核爆炸，从而获得了离子化微粒，进入质谱中进行分析。但是并不是所有的气化微粒都带电，大部分其实是不带电的，会被APIR MALDI遗漏。/pp　　为了捕捉这些中性粒子，Vertes等人采用了第二种方法：LAESI (laser ablation electrospray ionization，激光烧蚀电喷雾电离)，这种方法能捕捉大量带电微滴的微粒，然后重新电离化。通过对整个样品进行处理，复合这两种方法，就能覆盖更多的分子，分析质量更高。/pp　　与一般质谱成像过程不同，Verte的方法还在成像中增加了高度，从而实现了3D代谢物成像。这项技术的分辨率是直径10mm，高度30mm，这与生物天然的立体像素相吻合，这样科学家们就可以获得天然构像。/pp　　strongⅣ. 3D成像——二次离子质谱技术/strong/pp　　质谱成像技术能将基质辅助激光解吸电离质谱的离子扫描与图像重建技术结合，直接分析生物组织切片，产生任意质荷比(m/z)化合物的二维或三维分布图。其中三维成像图是由获得的质谱数据，通过质谱数据分析处理软件自动标峰，并生成该切片的全部峰值列表文件，然后成像软件读取峰值列表文件，给出每个质荷比在全部质谱图中的命中次数，再根据峰值列表文件对应的点阵坐标绘出该峰的分布图。/pp　　但是一般的质谱成像技术不能对一些携带大分子碎片的化学成分进行成像，来自宾夕法尼亚州州立大学的Nicholas Winograd教授改进了一种称为二次离子质谱(SIMS，secondary ion mass spectrometry)的方法，可以对样品进行完整扫描，三维成像。/pp　　SIMS早在用于生物学研究之前就已经应用广泛了，比如分析集成电路(integrated circuits)中的化学成分，这种质谱技术是表面分析的有利工具，能检测出微小区域内的微量成分，具有能进行杂质深度剖析和各种元素在微区范围内同位素丰度比的测量能力。/pp　　这种技术具有几个优点：速度快(-10,000 spectra per second)，亚细胞构造分辨率(-100 nm)，以及不需要基质。但是另外一方面，不同于MALDI方法，SIMS方面不是一种“软”技术，这种方法只能对小分子成像，因此常常需要进行粉碎。/pp　　Winograd教授改进了这一方法，他利用了一种新型SIMS光束(carbon-60 磁性球)，这种新光束比传统的SIMS光束对物体的化学损伤更小。C60同时撞击样品表面，类似于“一阵爆炸”，这样重复的轰击使得研究人员能深入样品，进行三维分子成像，Winograd教授称这个过程是“分子深度成像”(molecular depth profiling)。/pp　　C60的能量与其它的离子束相当，却不到达样品表面以下，这样样品可以连续地被逐层剥离，研究人员就可以得到纵面图形，最终获得三维的分子影像。Winograd教授等人用含有肽的糖溶液将硅的薄片包裹起来并进行SIMS实验，随着薄膜逐渐被C60剥蚀，可以获得糖和肽的稳态信号。最终，薄膜完全剥离后就可以获得硅的信号。如果用其它的射线或原子离子代替C60 ，粒子束会快速穿过肽膜而无法提供有关生物分子的信息。因此这种方法具有良好的空间分辨率，能够获得巨噬细胞和星型细胞的细胞特征和分析物的分布情况。/pp　　这里还要说到一点，SIMS和上一技术(APIR MALDI/LAESI技术)都可以对三维成像，但两者也有差别，SIMS方法中，采用高能离子轰击样品，逐出分析物离子(二级离子)，离子再进入质量分析器。MALDI方法则用激光辐射样品使之离子化，另外SIMS探针可以探测到100nm的深度，能提供纳米级的分辨率，而MALDI可以探测更深，但空间分辨率较低。/pp　strong　Ⅴ. 高灵敏度 高分辨率——纳米结构启动质谱技术/strong/pp　　质谱在检测生物分子方面有很大潜力，但现有方法仍存在一些缺陷，灵敏度不够高和需要基质分子促使分析对象发生离子化就是其中之二。比如说，需要溶解或者固定在基质上的方法检测代谢物，较易错判，因为这些代谢物与那些基质常常看上去都一样。另外基于固定物基质的系统也不允许研究人员精确的判断出样品中某一分子到底来自于哪儿。/pp　　来自斯克利普斯研究院的Gary Siuzdak博士发明了一种称为纳米结构启动质谱(nanostructure-initiator mass spectrometry，NIMS)的新技术，这种技术能以极高的灵敏度分析非常小的区域，从而允许对肽阵列、血液、尿和单个细胞进行分析，而且还能用于组织成像。/pp　　NIMS利用了一种特制的表面，这种多孔硅表面上聚集了一种含氟聚合物，这些分子在受到激光或离子束照射时会猛烈爆发，这种爆发释放出离子化的分析物分子，它们被吸收到表面上，使其能够被检测到。这种方法利用激光或离子束来从纳米尺度的小囊中气化材料，从而克服了一般质谱方法缺少所需的灵敏度和需要基质分子促使分析对象发生离子化的缺陷。/pp　　通过这种方法可以分析很多类型的小分子，比如脂质，糖类，以及类固醇，虽然每一种分析材料需要的含氟聚合物有少许差别，但是这是一种一步法的方法，比MALDI简单多了——后者需要固定组织，并添加基质。/pp　　由于含氟聚合物不能很好的离子化，因此会发生轻微的光谱干扰，而且由于离子化过程是“软性”的——就像MALDI，所以NIMS产生的生物分子是整块离子化，而不是片段离子化。不过这种技术对于完整蛋白的检测灵敏度没有MALDI高。/pp /pp /p

历时近3年，完成“看见并定位”气体泄漏的创新之举，丰富安全预警监测手段… … 在前不久落幕的全国大学生课外学术科技作品“挑战杯”上，由南京大学电子科学与工程学院教授曹汛带领的科研团队，凭借项目“化工气体泄漏智能眼——光谱视频相机及预警系统”荣获主体赛道一等奖。指导老师曹汛年轻有为，他不仅是最年轻的国家科技三大奖一等奖完成人之一、“80后”国家重大仪器项目负责人，还是今年“中国青年五四奖章”获得者。“从实验室阶段的技术路径调研、原理验证与光学系统搭建，到样机阶段设计完善硬件、进行算法研发，最后对系统进行测试与优化，历时近3年。最终，在曹汛老师的悉心指导下，团队成员们攻坚克难，完成了‘看见并定位’气体泄漏的创新之举。”信息与通信工程专业博一学生周凯来是南大计算成像实验室成员之一，从研究生阶段便跟着曹汛从事光谱成像领域的科学研究。“永远保持兴趣和热爱，凡事只要热爱，就不会觉得太苦闷。”这是曹汛对学生最常说的话。也正是凭着自己对科研的热爱，为了攻克动态光谱成像“卡脖子”难题，他甘坐“冷板凳”，始终保持专注，钻研处于空白地带的动态高光谱成像技术，推动光谱成像由“静”至“动”跨越，引领动态高光谱成像国际科技前沿。这项研究成果不仅得到诺贝尔奖得主的积极关注和引用，还被多个国际权威机构评价为该领域数十年以来的“革命性进展”。对于普通大众来说，动态光谱成像是个完全陌生的新名词，然而在化工企业领域，这项技术却扮演着化工安全监测“智能眼”的重要角色。气体泄漏是化工企业火灾爆炸事故的基本原因之一，传统监测技术存在易受环境影响、监测范围小、报警滞后等问题，新兴的光谱视频监测技术也面临着被国外所垄断的困境。气体监测最大的困难在于要监测的泄漏气体看不见、摸不着，形状在不断变化，也没有清晰的边界和颜色特征，所以比传统目标的监测难度大大增加。“经过不断试验打磨，我们针对常见的化工泄漏气体，专门设计了光谱智能预警监控系统，实现气体泄漏的快速感知、实时监测与及时预警，优先防范和化解化工生产和环境污染的重大危险源。”在很长一段时间里，曹汛和团队成员马不停蹄，跑遍了全国上百个化工生产园区，“目前该系统已成功应用于全国10余个省市的大型化工园区和重点企业，大大降低了各类化工安全生产重大事故的发生。”在课题组成员眼里，曹汛是他们的“科研领路人”，而在曹汛的科研探索道路上，也有一位令他印象深刻的“人生导师”——南大校友、“两弹一星”元勋程开甲院士。“作为南京大学的一名教师，程院士第一次踏入罗布泊后，把一生中最好的20多年时光献给了茫茫戈壁，为科研倾注了全部的心血和才智。如何做一个纯粹的青年科技工作者，在所在领域作出成绩，程院士就是最好的榜样。”曹汛说，除了科研，他最喜欢做的事便是和学生们一起，未来还将带领他们将个人发展与国家需求相结合，在科研领域继续“追光之旅”。

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。

由中科院西安光机所研制的“HJ-1-A卫星超光谱成像仪”填补了我国在航天超光谱遥感领域的空白，达到国际当前先进水平。记者昨日获悉，这一重大自主创新科研成果已通过项目鉴定。 　　西安光机所为我国“HJ-1-A卫星”研制的我国第一台星载超光谱成像仪，主要承担环境与灾害的监测、评估及定量化分析等任务，广泛应用于土地沙化、盐碱化、石漠化监测，冰雪灾害与森林、草原火灾探测，国土资源及广域土地分类调查，植被分类、植树造林及退耕还林效果评估，农业估产、病虫害监测及生态环境破坏等领域；为我国环境与灾害监测预报小卫星提供及时、可靠和科学的信息支持。　　截至目前,“HJ-1-A卫星”超光谱成像仪顺利随卫星在轨运行一年多，设备性能稳定、运行正常、数据可靠；经民政部、环保部、农业部、中科院等70余家用户单位使用，已经在灾害监测、环境评估、资源调查、土地分类、农业林业等诸多领域发挥了重要作用，并取得良好的应用效果和经济效益。　　鉴定委员会成员一致认为，该项成果既有理论突破和技术发明，又有集成创新和成功应用，国内领先、达到国际当前先进水平，有力促进了我国光谱成像及相关技术的发展，填补了我国在航天超光谱遥感领域的空白，具有重大意义。

近日，国家重大科技基础设施“空间环境地基综合监测网（子午工程二期）”新建设备光谱成像日冕仪顺利通过工艺测试，并成功获得首批日冕观测图像，标志着我国自主研制的首台常态化运行地基日冕仪正式建成。日冕是太阳最外层大气，利用日冕仪对低日冕开展观测，对日冕加热和太阳风起源等太阳物理/空间物理核心科学问题的研究具有重要价值。同时，低日冕作为日冕物质抛射这一空间环境主要扰动源的发生和加速区域，对其开展监测可为空间天气学应用领域提供关键数据。然而，由于日冕本身辐射极其微弱，可见光波段亮度仅为太阳光球层亮度的几十万至百万分之一，且受限于地球大气散射光的影响，使得在地面对日冕开展光学成像观测尤其是光谱学观测面临巨大挑战。新建的光谱成像日冕仪安装于海拔3200米的中国科学院云南天文台丽江天文观测站园区内，由山东大学与云南天文台、北京大学共建，山东大学与中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、南京天文光学技术研究所、云南天文台共同研制。该日冕仪的主要工作波段聚焦日冕红线这一低温日冕辐射谱线，可对低日冕精细磁流体结构进行准同时成像和光谱观测，弥补了国际同类设备在该波段观测数据的欠缺。经专家评估，该日冕仪所获科学数据的质量达到了国际一流水平，成为当前国际上工作于该波段最优秀的地基日冕仪。该日冕仪的设计还容许其工作于日冕绿线这一波段，从而可通过两条谱线的准同时观测对日冕大气温度进行诊断。基于该设计，项目组顺利完成了数据定标和光谱反演算法的开发工作，有效减少了多普勒频移和谱线宽度的测量误差，为高质量科学数据的持续产出奠定了坚实基础。据悉，光谱成像日冕仪是国家重大科技基础设施“空间环境地基综合监测网（子午工程二期）”太阳-行星际监测链分系统的重要组成部分，也是日地空间全链条监测的重要一环。

p style="text-align: left "　　strong一、质谱成像技术简介/strong/pp　　成像质谱(IMS)是一种非常灵敏的分子成像技术，可提供组合的分子信息和空间分辨率。它允许从组织切片、单细胞或其他物质表面直接鉴定和定位化合物分子。成像质谱研究的核心特点是质谱仪的高灵敏度、技术的无标签性、对肽和蛋白质的成像能力，以及从个体水平(几百微米)到细胞水平(几十纳米)空间分辨率。成像质谱允许在单个实验中同时检测数千个不同分子的图像。因此，它是一种有效的多组分分子成像技术。科学家们已经开发了许多不同的成像质谱方案和仪器来研究生物内源性化合物，如脂质、肽和蛋白质，以及外源化合物，如聚合物，或者用于研究组织处理药物的分布。这些研究提供了从亚细胞层次到有机体层次生物过程的详细情况。/pp style="text-align: center "img title="00.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/023209d6-c059-4300-b7e9-75b5d86cff30.jpg"/　　/pp 当今，成像质谱主要是用于病理学离体组织研究的技术，并不具备MRI(磁共振成像)或PET(正电子发射断层摄影)扫描的体内诊断能力。然而，它可以作为体内成像的补充技术来验证生物分子的分布代谢规律或不同疾病阶段药物的递送方式。许多研究人员正在探究用这种补充成像方式来解决分子分布的具体问题。这种做法的理由很明显。没有其他单一的成像技术能够以适当的空间分辨率、时间分辨率及生物学状态提供分子结构和解剖信息的适当组合。与其他分子成像方法相比，如MRI，PET或免疫组织化学(IHC)，成像质谱有一个独特的特征：它可以使化合物分子可视化而又无需标记，这可以实现其他技术所不能实现的对新化合物分布规律的研究。通常，它是在使用影响色差的常规染色剂(例如通常用于组织染色的苏木精和曙红(H& E)情况下，可以做化合物分子鉴定的唯一工具。它可以用于常规组织学染色剂不可实现的化合物分子分布规律的研究。这是因为在病理学中使用的常规染色剂只提供一般组织分型，而不识别特定分子，不提供分子修饰及其组合信息等。不能被常见组织染色剂染色的几种药物和代谢物如表1所列。/pp style="text-align: center "img title="(MS@0{[%]6Q49XJ@3VDOVZA.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/4e4940a0-12c9-4169-b75e-f37f5d2ef818.jpg"//pp　　strong二、质谱成像的解吸和电离技术/strong/pp　　IMS需要从被研究物质的表面解离和离子化化合物分子。主要有两种物理方法：(1)用载能带电粒子碰撞分析物表面，(2)用来自脉冲相干光源的光子照射表面。/pp　　1. 带电粒子的解吸和电离/pp　　带电粒子主要用于二次离子质谱(SIMS)成像。在这种方法中，分析物表面暴露于高能聚焦的一次离子束下。离子撞击会导致表面上下分子的级联碰撞，从而引起表面分子的移动和电离。随后，碰撞产生的二次离子可以进入质量分析器分析以确定其性质。碰撞能量通常会保持较低，以确保一次离子可以与不同区域表面分子相作用，并且确保已碰撞区域不再进行二次碰撞分析。低于表面层分析碰撞能量的实验被称为静态SIMS实验。高于该碰撞能量的实验，被称为动态SIMS实验。在动态SIMS实验过程中，分析物表面会发生持续的变化。在静态SIMS实验中，被分析的表面通常在1%以内。/pp　　在SIMS实验过程中，大量的内部能量被转移到表面分子中。这会导致表层化合物分子产生大量的碎裂。这使得该方法不适合直接研究大分子物质，如肽和蛋白质等。该方法可以较好地观测待测物表面元素和小分子化合物分布规律。化合物碎裂模式与电子碰撞电离中观察到的碎裂模式相似。/pp　　最常用的一次离子种类是铟和镓。它们主要应用于半导体表面上的元素和有机杂质研究，以及薄层表面涂层的研究。受益于较大簇离子或分子离子的应用，切片组织等生物表面也可以被分析。较大的一次离子有Aun+、Binm+、C60+等。这些离子可以使完整次级分子离子的产率更高，并且减少了分子离子碎裂。此外，这些离子的应用还可以显著降低对表面下层分子的破坏，从而增加三维成像实验成功的可能性。/pp　　所有的SIMS实验与以上所述的离子光束均需要保持真空环境，否则初级离子会因为平均自由程太短而不能到达分析物表面。解吸电喷雾电离(DESI)是大气压下的解吸和电离技术。它会产生电喷雾液滴，然后在大气条件下被传送到待分析物表面。溶剂液滴吸附到表面分子上，从而产生与常规电喷雾质谱电离相似的二次离子。这种方式可以产生带多电荷的准分子离子。据报道，该方法适用于多种待测物的表面分析，包括药物片剂、血迹和组织切片等。研究显示，DESI技术用于组织成像可以可视化观察脑和肿瘤组织切片中的磷脂和脂质。/pp　　2. 光子解吸、电离/pp　　2.1 LDI和MALDI/pp　　能够从表面解离和电离分子的第二种方法是光子与表面分子产生相互作用。通常，脉冲激光束聚焦在分析物表面上。由表面层吸收的光子能量会导致表面材料的爆炸性去除或消融。/pp　　当使用红外(IR)或可见光时，光子能量主要转化为表面振转能量。在紫外线或真空紫外线(VUV)光下，光子能量增加可以引发大量的电子激发。如果积累在待分析化合物分子中的内部能量足以引起直接电离，该过程被称为激光解吸和电离(LDI)，如图1(a)所示。在激光解吸过程中积累的内部能量通常比较高，表面分子可以发生大量的碎裂。此外，有机化合物的低电离效率使得该技术不太适合于大分子质谱分析。这些情况下，可以应用激光解吸后电离(LDPI)策略来电离解吸过程中产生的中性粒子(图1(b))。后电离策略可以在真空条件下通过UV或VUV波长范围内的二次能量激光束照射实现。最近研究表明，激光解吸可以有效地与ESI离子源联用，从而在大气压力条件下可以进行激光烧蚀电喷雾电离(LAESI)(图1(c))。这种组合增加了可以用激光解吸策略分析的化合物类别，并能减少化合物碎裂。当与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)组合时，激光烧蚀可以成功地用于待测品表面元素的定量分析。烧蚀的组分被等离子体源雾化并离子化成构成元素和同位素离子，随后通过质谱仪进行分析。当与光发射光谱法结合时，使用从ICP发射的光可以获得更多定量基本信息。/pp　　由于存在大量碎裂，直接LDI策略不适用于分子量超过500Da的生物大分子分析。这时可以选择使用能量调节基质。分析物混合或被涂布在待分析物表面上(参见图1(d))可以克服这个限制。在20世纪80年代晚期，由Karas和Hillenkamp构想的这种技术被称为基质辅助激光解吸和电离(MALDI)。它是现代蛋白质组学研究中的关键技术，可以应用于生物大分子，如蛋白质和DNA分子的解吸和电离。在复杂待测物表面的MALDI分析中，基质辅助方案有更多的用途。/pp style="text-align: center "img title="2.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/44bc0e85-da34-4110-9c06-ae524e9d48ad.jpg"//pp　　首先，应用基质后，它可以将复合物样品中的待测分子重构在基质晶体中间或者表面。这些分析物掺杂基质晶体的形成，可以将待分析物与其他辅助因子如盐等分离，并可以将大分子分散在基质中。用脉冲激光对晶体表面的后续照射能够快速地使样品过热。这是作为激光能量强吸收体的基体受到电子激发(UV-MALDI)或振动激发(IR-MALDI)作用的直接结果。协同运动的过热基质与其夹带的分析物可以被引导到的真空中。这有助于分析物分子气相化的非破坏性转变。基质的最后一个目的是通过电荷转移促进分析物分子的电离。该方法通常会使[M+X]+型的阳离子转化成完整的准分子离子，其中X表示产生的阳离子的类型。最常见的阳离子是氢、钠和钾。为保证分析成功，分析物分子必须与固体基质材料共结晶，并且这些基质应该是过量的。最常用的基质与分子的比例在103：1至105：1的范围内。根据经验，研究的分析物的质量越高，完全解吸所需的基质剩余越多。/pp　　2.2 MALDI在敞开环境中的应用/pp　　近来敞开式解吸策略的发展已经产生了一些进步，该策略也需要使用基质。类似于LAESI方法，其基质、分析物混合物需要在基材上共结晶，这样可以有更多完整样品从表面移除。 MALDI离子会受质谱入口和样品表面之间电场的作用而发生偏转。从MALDI基质上产生的中性粒子含有大量在真空MALDI实验中丢失的分析物分子。它们可以被吸附在尚未完全雾化的电喷雾液滴表面。接下来是常规的产生多电荷离子的电喷雾电离过程。该过程又缩写MALDESI(基质辅助激光解吸电喷雾电离)，它可以将MALDI在敞开环境中的优点以及电喷雾电离的灵敏性结合起来。/pp　　2.3 MALDI和液相色谱/pp　　MALDI技术和液相色谱(LC)分离技术的成功联用，提高了复杂混合物的分离检测效率。分析复杂混合物时，MALDI会受到显著的离子抑制。不同物化性质的化合物分子共存通常会导致一种或几种组分优先于其他组分离子化。离子抑制效应是许多分析学科量化研究的主要障碍。对MALDI质谱强度差异的解释本质上是定性的。克服该问题的一个方法是进行色谱分离以降低混合物的复杂性。许多nano-LC-MALDI方法已经实现了将分离时间尺度转换为空间分布尺度。自动点样技术可以将一系列二维纳升液相洗脱液滴(通常每滴为150纳升)沉积到MALDI基质预涂层上。也可以采用其他方法将基质溶液与LC洗脱液混合，并将该混合物液滴有序沉积在干净的基质靶板上用于质谱分析。/pp　　3. SIMS中基质的使用/pp　　使用能量调节基质材料的优点并非仅限于光子解吸和电离技术。MALDI质谱技术的成功使MALDI基质在SIMS(二次粒子质谱分析法)样品制备中的应用成为可能。分析物与MALDI基质(2,5-二羟基苯甲酸/DHB)的共结晶，更加方便了采用基质增强型SIMS(ME-SIMS)方法对质量超过10kDa的大分子离子进行检测。因此，这种仅基于SIMS电离方法产生完整大分子离子(肽，蛋白质，寡核苷酸)的技术是成功的。有人提出，基质在ME-SIMS中的作用与在MALDI中的作用相似：都是为分析物分子提供了一个嵌套环境，并提供了质子来增强电离。以DHB为基质可以获得最佳结果，可能解释是DHB提高了样品表面区域中分析物的浓度。由于ME-SIMS(与MALDI相比)仅检测表面50nm之内，所以分析物的定位在样品制备中至关重要。分析物分子必须存在于晶体的表面，因为在静态SIMS条件下不能检测到基质共结晶的较深层次。/pp　　strong三、成像质谱的空间分辨率/strong/pp　　IMS的一个关键参数是可实现的空间分辨率。空间分辨率决定细胞和组织表面可观察到的细节。获得质量分辨率图像的最常见方法是使用微探针或扫描模式。微探针模式质谱成像通过SIMS扫描样品上的电离探针束或移动样品通过MALDI对焦进行。对于每个特定位置，带电离子束与样品相互作用，存储坐标，并获得位置相关离子产生的质谱数据。以这种方式构建光栅，光栅中的每个点都具有与其相关联的质谱数据。使用专用软件，可以从这些数据集中构建质量分辨的离子图像。微探针成像实验中最大的可实现空间分辨率由微探针的尺寸决定。在技术上，光栅中每个点的精度是控制分辨率的另一个因素，但是对于SIMS和MALDI成像，通常这不是一个问题。此外，实验实现的空间分辨率受样品制备(基质)和灵敏度(信噪比)相关因素的影响。/pp　　1. 二次离子质谱(SIMS)和解吸电喷雾电离质谱(DESI)成像质谱的空间分辨率/pp　　SIMS使用离子源的大多是由液体金属离子枪构成。 Ga +和In +主要用于表面元素和小分子分析。使用这些枪可以获得的空间分辨率由发射器的大小，离子柱中的静电光学元件和主光束电流决定。后者通常保持较低以防止光束的空间电荷膨胀和分辨率损失。当在低电流下进行调谐时，这两支枪可以提供50nm的焦点。金属簇光束Aun+、Bin+以及C60+可以在非常低的光束电流下提供100-200nm的光斑尺寸。低光束电流通常需要更长的实验时间。因此，为了应用更大的束电流增加分析速度，空间分辨率通常会受到一定损失并减小到大约1μm。 DESI使用指向表面的带电溶剂液滴喷射流。喷射流与表面的润湿相互作用中，作用区域大小决定了空间分辨率。研究表明，DESI成像的常规空间分辨率为1mm左右。/pp　　2. 激光直接成像(LDI)和基质辅助激光解析电离(MALDI)成像质谱的空间分辨率/pp　　聚焦激光束的分辨率是波长决定的，并受阿贝衍射极限的限制。长波长的红外激光器难以聚焦在50μm以下。商业仪器中的UV激光光斑的物理尺寸限制在约10μm。在商业仪器上，大多数实验用激光光斑尺寸在50和250μm之间。这个选择是由灵敏度和完成实验所需的时间决定的。特殊的共焦目标可以将斑点尺寸减小到1μm，但是使用MALDI的这些小斑点所需的激光阈值通量对于组织中化合物的无损分析是不是太高仍存在实质性的争论。初步实验显示了其从分析物获取高分辨率图像的能力。替代方法是使用常规MALDI-ToF仪器的过采样方法增加空间分辨率。在这种方法中，激光探针点的移动增量小于光点直径。所有样品在第一个采样点完成后，每个采样增量都会从比激光焦点尺寸小得多的区域采集信息，从而达到增加空间分辨率的目的。这种方法的两个缺点是有限的质谱串联可能性和较大的总样品消耗量。/pp　　strong四、成像质谱仪：发展和改进领域/strong/pp　　使用上一节描述的解吸和电离技术，可以在复杂表面产生原子和分子离子。质谱图像的产生需要对这些产生的离子进行后续质量分析。现代质谱方法提供了一系列质量分析仪器来达到此目的。本文介绍三种类型的质量分析仪器，为生物表面的MALDI或SIMS质谱成像提供独特的分析能力。/pp　　1. 飞行时间成像质谱法/pp　　IMS中最常用的质量分析器是飞行时间分析仪。它需要产生脉冲离子，这一要求理想地与MALDI和SIMS要求兼容。所有离子都具有相同的加速电位。相同质荷比的离子将在其解吸过程产生的初始动能之上获得相同的动能。因此，它们的速度取决于它们的质荷比，并且离子可以通过在无场区域中的漂移而分离。离子检测是通过多通道板(MCP)类的粒子检测器实现的。ToF分析提供了非常宽的质量范围，该范围仅受大分子物质检测灵敏度的限制。MALDI-ToF-MS最多可以对数百万道尔顿的分子进行分析。微秒范围内的高传输效率和总飞行时间，为使用高重复率激光器进行高灵敏度表面检测提供了可能性。这使得高通量分析成为可能，而高通量分析正是大表面积样品分析的关键要求。分辨能力的提高可以通过补偿解吸过程产生的初始动能来实现。使用延迟提取，半球形静电扇形器件和反射镜等技术可以在m/z 1000下将半峰宽(FWHM)质量分辨率增加到m/△m = 30 000。用于化合物鉴定的串联质谱通常通过碰撞诱导解离(CID)或通过观察电离后亚稳离子的衰变实现。为此，两个独立的ToF系统可以以所谓的ToF / ToF配置串联。第一个ToF用于前体选择，第二个ToF用于产物离子分析。/pp　　2. 傅里叶变换离子回旋共振质谱法/pp　　傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)是一种离子捕获技术，它决定了强磁场中潘宁离子阱中捕获离子的回旋加速频率。在外部离子源产生离子后，离子被转移到潘宁离子阱中，直到进一步分析。使用宽带射频电激发，所有离子被激发到大的回旋加速轨道。它们的轨道半径不仅增加，而在潘宁离子阱中，相同质荷比的离子也相互连贯地在轨道绕行。在绕行期间，它们可以在一组双检测电极中引起振荡图像电荷。该时域信号被数字化并进行傅里叶变换以产生回旋加速频谱。质谱图可以通过对回旋加速器方程w=qB/m校准产生。/pp　　FT-ICR-MS的主要优点是具有无与伦比的质量分辨率和质量测量精度，可用于从MALDI图像分析中发现新的结构细节。此外，使用捕获离子技术不仅允许CID，而且允许红外多光子解离(IRMPD)和电子捕获解离用于串联质谱的结构测定。分析速度受观测时域信号的长度和相关质量分辨率的限制。质量分辨率取决于轨道离子的相干时间。典型的分析时间是每像素1 s，与所用的离子源无关。可以通过增加磁场强度来降低相同分辨率下的瞬态长度。MALDI组织成像实验可以在FT-ICR-MS系统上进行，FWHM分辨率范围从40000到400000。(图2)。/pp style="text-align: center "img width="450" height="616" title="3.png" style="width: 450px height: 616px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/91f3b7ae-f7c9-4edd-81d2-1fe8a264e388.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　3. MALDI离子迁移成像质谱法/pp　　通过MALDI生成离子的迁移分离，质谱图中可以得到更多附加信息。离子迁移谱是基于离子通过碰撞横截面面积的分离技术。在离子迁移质谱中，有充气的漂移池用于质谱分析之前的离子分离，这些离子由于构象或组成变化而具有不同碰撞截面。当用于质谱成像时，除了空间维度和质谱维度之外，还增加了时间漂移的气相分离维度。离子迁移光谱法在两个主要方面有利于MALDI成像质谱的研究。首先，增加额外的分离维度能够检测到更多的质谱峰。离子迁移有利于减小质谱分析复杂度，并有助于不同种类化合物的分离，例如肽和磷脂。第二，质量与漂移时间选择结合使得等压肽或其它类似物分解为分裂谱。/pp　　离子迁移、MALDI与用于IMS的ToF-MS组合，能够通过其相关的消化肽片段定位和鉴定蛋白质。离子迁移分离可以鉴定通过常规MALDI-ToF-MS无法鉴定的等压离子。与传统的MALDI-ToF相比，该方法每次测量的观察峰数量增加，能够产生质量和时间选择的离子图像，同时可以对单个离子进行鉴定。图3所示结果证明了离子迁移飞行时间成像质谱(IM-ToF-IMS)对来自组织的蛋白质鉴定的可行性。/pp style="text-align: center "img title="4.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/bfc037cb-3061-4ea0-b5a6-6c3b3bf23e09.jpg"//pp　　组织消化与MALDI-IM-ToF-IMS方法相结合，可以对不同种类组织蛋白质鉴定实行“自下向上”的策略。/pp　　strong五、MALDI成像策略/strong/pp　　1. 质谱成像流程/pp　　不同解吸电离方法与不同质量分析器组合，为在单个组织样品上进行互补实验提供了可能性。/pp　　需要仔细的实验设计来确保获得相关的互补分子图像信息。图4中显示的实验工作流程提供了从单个组织生成六个补充图像数据集的示例。在该示例中，通过外科手术获得一块组织。组织中的细胞表达荧光标记的蛋白质，因此成像工作流程中的步骤是产生荧光图像。这提供了一种特定蛋白质的详细位置。在将衬底表面上的10-20μm薄片进行组织切片和安装之后，进行SIMS分析。这提供了在高空间分辨率下的低分子量成像MS数据。静态SIMS除去表面材料的不到1%，因此残留的表面仍然可以进一步分析。SIMS研究完成后，可以用基质涂层覆盖组织表面(参见“基质涂层”一节)。根据感兴趣的分析物，表面可以或不能被洗涤。洗涤方案对所得结果有重要影响。在图4的实验工作流程中，在基质沉积之前不进行洗涤以允许小的水溶性分子成像。在基质沉积后，进行的第一次分析是ME-SIMS。再次只有少量化合物分子从表面去除，晶体表面保持可用于后续的MALDI分析。ME-SIMS数据集提供了更大的完整有机分子(如脂质和分子量小于2000 Da的小信号分子)的信息。进行的下一个分析是具有略高于解吸阈值的激光注量的MALDI-ToF分析。 MALDI-ToF数据集包含有关内源性肽和完整蛋白的信息(取决于使用的洗涤方案和基质)。可以获得的最后一个MS成像数据集是MALDI-FTICR-MS数据集(或离子迁移率图像数据集)。这些技术需要去除大多数基质材料。它们可以提供高质量分辨率和质量精度信息，有助于识别构成图像的分子。任何残留的基质材料都可以从多次分析的表面上洗去，以便进行最终的H& E染色。这提供了其他的组织学信息，可以与成像质谱数据集结合来鉴定特定区域或组织类型。/pp style="text-align: center "img title="5.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/6e50bb6c-daeb-4a23-895c-3da7452a8caa.jpg"//pp　　2. 基体涂层/pp　　在MALDI和ME-SIMS分析之前，必须将基质溶液涂布于组织表面。基质溶液由有机溶剂如甲醇或乙腈组成，添加剂为弱有机酸如芥子酸(SA)或2,5-二羟基苯甲酸(DHB)和三氟乙酸(TFA)。加入TFA可增加分子的离子化质子的量。基质应用方法将强烈影响成像MS结果。应用方法将对灵敏度，表面扩散与空间完整性，空间分辨率，表面平坦度和分析速度产生影响。组织性质和环境参数影响组织中蛋白质的提取效率和基质的结晶。因此，控制基质沉积环境也是很重要。有几个实验室正在考虑创新的沉积方法，如基质升华。对于一般实验室，一般有两种基质沉积方法：点样和喷涂。/pp　　2.1基质点样/pp　　将基质溶液点样到组织部分时需要将分析物的扩散限制在斑点大小范围。已经开发了两种基质检测方法：手动或自动检测。手动点样产生微滴液滴，经常用于不需要生成图像的MALDI组织分析。自动点样使用更小的体积(pl)液滴，并产生约120-150μm的点样尺寸和约200μm的最小分辨率。两种不同类型的自动识别器用于基质沉积：喷墨式压电喷嘴和使用聚焦声波的液滴分配器。两个喷射器都可以释放100μl在组织上干燥成150μm直径的液滴。在这种情况下，成像MS分析的分辨率通常会受到大于分析光束直径的基质点样点的限制。/pp　　2.2 基质喷涂/pp　　基质喷涂使均匀小滴的基质溶液覆盖了样品的整个表面。气动、振动喷头或电喷雾可以使基质溶液变生液滴喷雾。喷涂可以手动和自动化的方式进行。手动喷涂采用手持气动喷枪或TLC喷雾器。通过喷雾装置与x-y机器人联用可以实现自动喷雾应用，也可以在较大的区域上进行基质沉积。使用振动喷雾器在较小的区域也可实现自动喷涂，其小型腔室主要控制湿度。喷涂后形成的晶体通常为10-20μm。为了获得更小的晶体，可以使用电喷雾，减小敏感度产生甚至小于1μm的晶体。当使用喷雾沉积时，激光束的直径限制了MALDI成像质谱的空间分辨率。/pp　　3. 鉴定策略/pp　　用于产生分子图像的质谱峰的识别是所有质谱图像策略中的关键步骤。选择时候，可以使用高质量分辨率以及准确的质量进行测量。通常需要结合其他策略，如使用MALDI串联质谱或其他分析策略来识别表面化合物种类。/pp　　3.1 MALDI串联质谱法/pp　　串联质谱使用是识别表面产生的不同化合物离子的合理选择。限制因素是前体离子选择的分辨率、裂解效率和方法灵敏度。在相同的位置，通常只能进行几个质谱实验。可以在单个位置进行的实验数量仍然取决于提供信号的激光照射的数量。在相邻位置执行串联实验的隔行扫描成像方法可部分克服此问题。一旦裂解模式已知，可以应用多重反应监测来确定化合物分布。/pp　　4. LC-MS / MS鉴定/pp　　研究可以使用互补组织匀浆和提取来产生组织成分的信息库。也可以使用LC-MALDI来解决混合物复杂性的问题，增加灵敏度，以及降低离子抑制效应。/pp　　在直接MALDI成像实验中观察到的MALDI图谱比较分析可以用作识别策略的一部分。在这些研究中，串联MS可用于识别在LC-MALDI靶上发现的各个化合物成分。/pp参考文献：/ppa title="" href="http://sci-hub.cc/10.1016/B978-0-08-043848-1.00028-6" target="_self"The Development of Imaging Mass Spectrometry./a/ppa title="" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123744135000087" target="_self"MALDI Techniques in Mass Spectrometry Imaging. /a/pp /p

一、背景 纺织品作为颜色传播的重要载体，对织物颜色的准确度和均匀度具有较高要求。在纺织工业生产中，加工出符合要求的布料和成衣的两个前提条件是准确测量样品布匹颜色和严格控制印染颜色。 工业上测量织物颜色最常用的分光光度法只能测量单色织物,对织物尺寸大小要求较高且操作繁琐,使得其并不适应于多色织物或单根纱线颜色测量。 为了满足企业生产和发展的需求,本公司对织物颜色的精确测量方法进行了深入研究,针对当前技术的不足,在分析光谱成像技术的基础上建立高光谱成像系统,提出基于高光谱成像技术的织物颜色测量方法,实现了具有较高精度的颜色测量。光谱成像技术是将光谱技术和成像技术结合在一起,可以测量织物感兴趣区域(ROI)中光谱波段的反射率。从而获得更多的纺织品颜色信息,达到较高的颜色测量精度。二、可行性分析作为一种集光谱学、微弱信号检测、信息处理等于一体的综合性技术，光谱成像技术克服了分光光度法测量纺织品颜色的缺点。光谱成像技术能测量单色、多色和各种形状的织物，从采集的光谱图像中获取每个像素的颜色信息，从而实现光谱成像技术在纺织品颜色测量中的应用。光谱成像技术在对目标的空间信息成像的同时，也对每一个空间像元在波段内进行光谱信息覆盖，从而形成“光谱图像立方体”。浙江理工大学的张盼曾利用高光谱成像仪进行 15 个标准样品与15 个次品颜色测量并计算明度差、色度差和色差，其反射率图片如图 1 所示： 图 1 标准样品与次品反射率对比图 图一（a）为标准样品的反射率曲线，（b）为次品的反射率曲线，从光谱反射率曲线可以直观的看出，单色色织布标准样与批次样间的光谱反射率曲线的走向是一样的，但是在数值上还是有差异的。高光谱成像仪测量织物间颜色可以获得它们的色差值，这反映了高光谱成像仪的测色能力。 三、数据采集设备 数据采集的设备为杭州高谱自主研发的实验室高光谱成像仪（HY-8010-U），设备实景图，如下图。系统参数，见下表。系统核心分光模组完全由高谱公司自主研发，支持选配多种型号图像传感器，并搭配超高像素高清相机实现高空间分辨率与高光谱分辨率的完美融合。同时，HY-80系列可选配自研线性光源和定制暗箱，最大程度减少外部环境对样品检测带来的影响，结合独有的时空辐射校正功能，确保获得稳定的标准化高光谱数据。 HY-80系列实验室高光谱成像仪是一款专门为实验室环境定制的专用设备，能够实现对物质定性、定量、定时、定位信息的精准检测，是一台“图谱合一”的专业化科研设备，为物质分选、刑侦文检、食品监测、真伪鉴定等行业高端应用领域提供高精度的光谱建模与分析解决方案。四、测量结果及结论 通过对标准色卡和花布进行测量，并对测量结果进行反射率校正与值转换。本次选取 RAL 1000-RAL1004 共 5 种颜色样本进行分析，并分为两组进行对比,如图 2 所示，反射率处理结果如图 3 所示。将其转换为 L、A、B 值并对其进行相关处理后结果如图 4 所示:如上图 4 所示，图 4（a）为 RAL1000-RAL1004 五种样品的 L 值对比图、图 4（b）为 a 值对比图、图 4（c）为 b 值对比图、图 4（d）为以 RAL1000 为基准 RAL1001、RAL1002、RAL1003、 RAL1004 四种颜色的色彩度差值。对四块样品布进行想同处理后得到如下结果： 如上图 6 所示，图 6（a）为 1、2、3、4 四种样品的 L 值对比图、图 6（b）为 a 值对比图、图 6（c）为 b 值对比图、图 6（d）为以 1 为基准 2、3、4 四种颜色的色彩度差值。综上所述，可看出高光谱成像仪检测的 Lab 值具有明显差异。

中招国际招标公司受中国水利水电科学研究院委托，就遥感影像接收与处理设备购置项目——推帚式超光谱成像仪设备进行国内公开招标，中科院上海技物所受招标机构邀请参加了投标且一举中标。日前，该项目圆满完成并顺利交付验收。水利水电科学研究院订购置的推帚式超光谱成像仪PHI-1307的主要技术指标为：光谱范围为450～1000nm、波段数为120、IFOV：0.5×1.0 mrad、光谱分辨率为5nm、工作帧频为50Hz、量化位数为12bits。该设备在青岛进行了航空遥感飞行信息获取现场验收。近日，北京水利水电科学研究院通过了整套设备的交付验收工作。上海技物所将在努力做好售后服务的基础上继续与购置方合作，为该设备在水利水电科学研究领域发挥更好的应用作用。

p　　质谱成像是一种前沿质谱技术，由于其技术的新颖性与应用的广泛性，近期受到了很高关注。该技术应用潜力巨大，它是将质谱检测与影像技术相结合的新型分子影像研究手段。特点是无需标记、所需时间短、耗费低、不局限于单分子，同时还可以提供组织切片中多化合物空间分布和分子结构信息。/pp　　作为质谱领域最具前景的技术之一，质谱成像技术现已经成为仪器厂商、科研院所的重要关注焦点，预测未来市场争夺也将日益激烈。沃特世公司在MALDI质谱成像技术研发与应用方面具有较强的实力。为提升用户对质谱成像技术、应用的了解，促进质谱成像技术的推广应用，仪器信息网特别邀请沃特世公司对其质谱成像技术中的DESI及MALDI技术的原理与应用进行了讲解。/pp　　strong1. 解吸电喷雾电离(DESI)技术/strong/pp　　质谱成像是对样品中的化合物进行成像分析，以获得基于化合物组成、空间分布情况及相对丰度的一种快速分析技术。解吸电喷雾电离(DESI)是一种快速的大气压环境下的质谱成像技术，完美兼容组织病理学的工作流程 适用于监测整个组织或器官中各类化合物的分布情况，以及应用于指纹的司法鉴定、微生物的成像、植物样品中活性成分或代谢产物分析和其他快速分析领域。/ppstrong　　工作原理/strong/pp style="text-align: left "　　喷雾溶剂连接于毛细管上，施加一定的高电压，在氮气的辅助下形成带电喷雾液滴，轰击样品表面，带电溶剂与待分析物同时发生解吸和电离(电荷转移)，去溶剂化后，沿着传输毛细管进入质谱。/pp style="text-align: center "img title="001.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/bc55b344-cfc2-4da3-a7aa-e6b97d85e91a.jpg"//ppstrong　　DESI的特点/strong/pp　　○ 最新的沃特世喷嘴可以达到20 μm的空间分辨率/pp　　○ 可分析新鲜样品，几乎不需要做样品前处理/pp　　○ 适用于各类生物组织样本、指纹、表面等成像分析/pp　　○ 点对点的高通量快速分析/pp　　DESI技术与与Waters高分辨质谱(Xevo G2-XS QTof 或 SYNAPT G2-Si HDMS)均可连接使用，效果非常好，并有配套的数据分析软件。可实现同时采集DESI与离子淌度IMS数据，并实现其处理。还可通过软件对数据进行OPLS-DA等数据分析，借助软件找出目标marker。/pp　　strongDESI应用/strong/pp style="text-align: center "img title="002.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/8089f096-646b-49fd-8d9c-dd887bbc64d1.jpg"//pp style="text-align: center "img title="003.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/446f205d-c87a-4001-9c3f-7304f7d781df.jpg"//pp style="text-align: center "img title="004.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/9350b4b2-7535-4112-a592-54ee39c7c6be.jpg"//pp style="text-align: center "img title="005.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/f6e0a14d-96c8-443c-881c-4b13a647e6d8.jpg"//pp style="text-align: center "img title="006.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/1d5ffd80-1c32-4134-8f09-c03df7356632.jpg"//pp style="text-align: center "img title="007.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/7de51864-111c-49e0-83a8-a0ba735f139c.jpg"//pp　　strong2. 基质辅助激光解析电离(MALDI)技术/strong/pp　　MALDI SYNAPT G2-Si由一台脉冲频率为2.5KHz的固态激光器驱动，可实现分析过程中光谱采集速率的最大化。光斑大小可根据试验需要进行配置，不论是定性分析中灵敏度和速度的优化还是成像研究中测定最高空间分辨率下化合物的空间分布均适用。/pp style="text-align: center "img width="450" height="495" title="0.png" style="width: 450px height: 495px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/c0952ffc-a11e-4e31-9224-cc9104f219cc.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　由于Tof分析仪的正交几何结构，离子源在质谱分析中实现“去耦合”。因此，与轴向MALDI-Tof或Tof/Tof仪器不同，该设备能够确保在广泛的质量范围内，对于MS和MS/MS模式都能获得高分辨率和准确质量数。此外，SYNAPT非常适合处理绝缘样品，例如石蜡包埋型组织切片或载玻片等。/pp　　在同一个精简的成像工作流程中，MALDI SYNAPT G2-Si HDMS融合了T-Wave IMS和QuanTof技术，以提供无与伦比的选择性、清晰度和可靠性。/pp　　HDI MALDI解决方案提供了一系列独特且强大的多靶向(IMS/MS/MS)和无靶向(IMS/MSE)工作流程，包括以图像为中心的方法设置、数据处理和图像生成。综合相关(基于与空间位置漂移时间相关的碎片离子)与统计工具(例如PCA、OPLS-DA、S-plots、聚类分析)相结合，提供了更智能、更可靠的成像分析。/pp　　在SYNAPT上可以使用全面的UPLC/MS/MS功能，同时能够在同一个平台上对生物液体或激光切割组织切片进行高效定量和定性分析。/pp　　Waters基质辅助激光解吸电离技术(MALDI) 的特点：/pp　　§ 卓越的空间分辨率/pp　　§ 广泛的应用范围/pp　　§ 成熟的质谱成像方法/pp　　§ 可同时采集离子淌度数据，有效降低噪音干扰/pp　　MALDI SYNAPT G2-Si 质谱系统适用于成像、化工材料鉴定、蛋白质组学和制药领域，/ppstrong　　一、MALDI SYNAPT G2-Si 质谱系统应用于小鼠组织中黄腐酚及其代谢物的成像：/strong/pp　　样品的制备：/pp style="text-align: center "img title="009.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/f947bb12-f3a1-46f8-84e8-18fb97a56f7d.jpg"//pp　　小鼠肠道中黄腐酚及其代谢物的成像：/pp style="text-align: center "img title="010.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/238d8baf-872c-417b-bca6-ef9d218e6c5c.jpg"//pp style="text-align: center "img title="011.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/7734a6a9-4919-4679-8e91-c890dd36a5af.jpg"//ppstrong　　二、组织中N-糖异构体的成像研究/strong/pp style="text-align: center "img width="450" height="441" title="012.jpg" style="width: 450px height: 441px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/677094a5-24fd-4c2c-8cd5-be6e6f90ecbe.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　　使用离子淌度(IMS)可有效降低噪音的干扰：/pp style="text-align: center "img width="450" height="484" title="013.jpg" style="width: 450px height: 484px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/232442ff-c0a9-48f9-8467-d0c7b929f264.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//pp　strong　/strong成像结果：/pp style="text-align: center "img width="450" height="563" title="014.jpg" style="width: 450px height: 563px " src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/4e11f6ee-0c1e-4934-b976-790304951a9a.jpg" border="0" vspace="0" hspace="0"//p

近日，清华大学电子工程系黄翊东教授课题组的副教授崔开宇、博士生熊健、博士后蔡旭升等人的论文《基于可重构超表面的实时超光谱成像芯片及动态脑光谱获取》（Dynamic brain spectrum acquired by a real-time ultraspectral imaging chip with reconfigurable metasurfaces）于美国光学学会旗舰期刊Optica上发表。光谱是物质的指纹，实时光谱成像可获取成像视场内各像素点的动态光谱，将为人工智能及感知技术开拓一个新的信息维度，在诸多领域有着巨大的应用需求。本工作研制成功了国际首款实时超光谱成像芯片：提出基于图像自适应的可重构超表面超晶胞，通过超表面单元结构的空分复用，解决了计算光谱难以兼顾频谱分辨率和空间分辨率的局限；在实验上成功制备出的国际首款实时超光谱成像芯片，将单点光谱仪的尺寸缩小到百微米以下，空间分辨率超过15万像素，即在0.5 cm2芯片上集成了15万个微型光谱仪，可快速获得每个像素点的光谱，工作谱宽450-750nm，分辨率高达0.8nm；使用实时超光谱成像芯片首次测量了活体大鼠脑部血红蛋白及其衍生物的特征光谱的动态变化，时间分辨率可达30Hz，可进一步利用神经血氧耦合的机制得出脑部神经元的活跃状态。作为一种非侵入式的检测手段，展示出光谱成像芯片在实时传感领域的巨大潜力。相关工作已创立成果转化企业“北京与光科技有限公司”。Jian Xiong†, Xusheng Cai†, Kaiyu Cui†*, Yidong Huang, Jiawei Yang, Hongbo Zhu, Wenzheng Li,Bo Hong, Shijie Rao,Zekun Zheng, Sheng Xu, Yuhan He, Fang Liu, Xue Feng, and Wei Zhang, "Dynamic brain spectrum acquired by a real-time ultraspectral imaging chip with reconfigurable metasurfaces," Optica 9,461-468 (2022)

据消息称，位于澳大利亚布里斯班的创业公司Plotlogic近日已完成1800万美元的A轮融资，本轮融资将有助于其基于光子学的矿石表征技术实现进一步商业化。Plotlogic由首席执行官Andrew Job于2018年创建，其“OreSense”技术是将激光雷达、高光谱成像与机器学习相结合，可提供矿石的自动化分析，有助于提升提取效率并减少浪费。优质的客户群体Plotlogic的客户群体包括全球矿业巨头必和必拓（BHP）、嘉能可（Glencore）以及英美资源集团（Anglo American）。Plotlogic目前已经获得Innovation Endeavors的资金支持。Innovation Endeavors是一家由谷歌前首席执行官Eric Schmidt创立的硅谷风险投资基金，其投资企业包括Uber、Planet Labs等。“采矿业迫切需要能够提高安全性、减少温室气体排放并且提升盈利能力的解决方案。而这正是Plotlogic利用自主创新技术所能提供的优势。”Plotlogic首席执行官Andrew Job表示。Innovation Endeavors合伙人Sam Smith-Eppsteiner表示，该公司已准备利用其光子技术“彻底改革”采矿业，并补充道：“通过采用一种新的数据模式，Plotlogic可以生成精确、实时且具有预测性的矿体知识。早期客户关系强调了这种不断改进的价值观：优化操作，减少碳排放和浪费。”如果该技术广泛实施，业内希望通过Plotlogic的方法增强对镍、铜和锰的提取，这些金属被认为是向更清洁能源技术（如电动汽车电池等应用）过渡的关键材料。“OreSense”技术应用案例分析根据Plotlogic的一项案例研究表明，西澳大利亚州的一家客户利用该技术改进了对优质铁矿石的开采，从而提高了该公司矿山的经济可行性。这家初创公司在其研究中解释道：“采矿运营商所面临的挑战是如何确定矿石的类型和等级，以及矿井壁上的废料。从而改进矿石的处理，并妥善安排矿石和废料的清除。”高光谱之眼“OreSense”系统能够在现场实时获取、处理并分类高光谱数据，同时绘制到地形和地理参考图，以便与矿山图合成，并实现精确的坡度控制。Plotlogic声称：“除此之外，该技术的另一显著优势是，它能使采矿更加安全和健康，因为利用该技术可以显著减少人员暴露于开工矿区的风险，并可以检测到有害纤维材料的存在。”该系统经过四周时间的部署，可以确定和量化赤铁矿、针铁矿和褐铁矿矿石，以及代表废料的各种粘土；该系统能够突出不同等级矿石和粘土之间的界限，并绘制矿井壁上氧化铝的绝对丰度图。Plotlogic表示，公司计划将这轮融资用于进一步的研发工作，并支持新技术的商业化进程。

了解拉曼超光谱成像在药物中的应用！拉曼超光谱成像技术可以反映样品的空间（成像）信息和光谱（拉曼）信息，因此越来越多的R&D和工业用户将它用于表征固体样品的诸多特性。拉曼超光谱成像技术为药物固体制剂的定性和定量分析提供了准确的工具。在此次讲座中，Ziemons副教授将介绍高光谱成像的数据分析及其在制药和生物医学领域的主要应用。时间：3月30日星期四 北京时间16:00或23:00语言：英语报名：https://events.r20.constantcontact.com/register/eventReg jsessionid=1637759E2AC18945DF3B5666B987B842?oeidk=a07edws7owufc7c08bd&oseq=&c=&ch=主要学习目标近些年来，拉曼超光谱成像技术一直被认为是一项昂贵且需要专业人员操作的复杂技术。事实上，对于常规样品的分析来说，这是一个误解。本次讲座将以制药和生物医学样品的多个应用来阐述这个技术，并分析其优势和局限性。谁应该参加只要您从事制药相关的工作，无论是实验室技术人员、科研人员、经理、还是研发专家和质控人员，都可以在Ziemons副教授的网络讲座中学到丰富的、具有启发性、且具有挑战性的知识。讲师Eric Ziemons 博士副教授University of Liège (ULg)Center of Interdisciplinary on Medicines Research on Medicines,Laboratory of Pharmaceutical Analytical Chemistry Mathieu Boiret 博士HORIBA Scientific应用经理 HORIBA Optical SchoolHORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识，其旗下的Jobin Yvon有着近200年的光学、光谱经验，我们非常乐意与大家分享这些经验，为此特创立 Optical School（光谱学院）。无论是刚接触光谱的学生，还是希望有所建树的研究者，都能在这里找到适合的资料及课程。 我们希望通过这种分享方式，使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解，不断提高仪器使用水平，解决应用中的问题，进而提升科研水平，更好地探索未知世界。

光谱仪在材料分析、天文学、食品化学以及医学诊断等许多领域都有应用。市场需求正在迅速增长，但光谱仪的尺寸阻碍了其在更广泛领域的普及。因此，市场急需高性能的紧凑型光谱仪，不断缩小光谱传感器尺寸已成为当前的研究热点。为了使光谱仪小型化，已经进行了各种尝试，例如传统的色散方法、傅里叶变换干涉技术（FTI），以及使用带有随机滤波器阵列和窄带通滤波器的探测器等。与色散和傅里叶变换干涉系统相比，滤波器阵列与探测器的集成，由于无需长光路和光学元件的精确对准来获得高分辨率而具有优势。此外，将滤波器阵列与电荷耦合器件（CCD）或CMOS图像传感器（CIS）等探测器集成，可以通过单次捕捉二维图像实现高光谱成像。特别是，与随机滤波器方案相比，窄带通滤波器阵列的集成无需进行后处理分析。然而，为了获得高分辨率需要大量的信道，意味着更复杂的制造工艺，例如蚀刻和沉积，因为每个信道都需要不同厚度的薄膜。为了解决这个问题，有研究使用组合蚀刻技术来制造多信道。业界对光谱仪中使用的窄带通滤波器的谐振结构进行了研究，但大多数研究仅限于改变电介质多层膜的厚度，以形成不同波长和品质因数的光学腔。这对于器件的大规模生产很麻烦，因为它需要过多的电介质沉积、蚀刻和光刻步骤，尤其是在像素尺寸级别的制造工艺。据麦姆斯咨询介绍，三星高级技术研究所光子器件实验室的Jaesoong Lee及其同事通过将被称为超表面的亚波长纳米结构集成到直接位于CMOS图像传感器顶部的带通滤波器阵列中，开发出了一种紧凑型超光谱（meta-spectral）图像传感器。由于窄带通滤波是通过亚波长光栅结构而不是通过改变层的厚度来调谐的，因此所有信道都可以通过一步光刻工艺制造。这种方案简化了制造，并且与CMOS工艺完全兼容。这种紧凑型超光谱图像传感器具有窄带高效率、与相邻信道的低串扰和高光谱分辨率。利用该器件，研究人员从波长混合图像中获得了高光谱图像。超光谱图像传感器示意图超光谱图像传感器制造研究人员在CMOS图像传感器晶圆（三星S5K4E8）上采用标准的洁净室工艺（包括PECVD和干法蚀刻）制作了超表面带通滤波器阵列。首先，研究人员为底部介质反射器沉积了多层硅和二氧化硅；然后利用电子束光刻定义纳米柱阵列；再使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀（ICP-RIE）形成纳米柱阵列，并再次沉积二氧化硅以填充纳米柱之间的间隙；然后进行化学机械抛光（CMP）工艺，以平整二氧化硅顶面；最后，为顶部反射器沉积了一层由硅和二氧化硅制成的多层膜。超光谱图像传感器制造过程示意图高光谱成像为了验证演示其高光谱成像性能，研究人员拍摄了由3 x 5颗多波长LED组成的LED面板的光谱图像。每颗LED可以发射多个波长的组合，这些波长被选择以显示以下大写字母：770 nm显示“S”，810 nm显示“I”，850 nm显示“A”，950 nm显示“T”，如下图（a）底部所示。超光谱成像仪的高光谱成像演示作为概念证明，研究人员拍摄了一张所有LED都打开的面板照片，如上图（b）顶部所示。图像中的所有字母都无法区分，因为面板上的所有LED都已打开。通过将这个组合图像分成20个信道，如上图（b）底部所示，研究人员发现了隐藏的“SAIT”字母。在对应829.1 nm的信道11处，由于810 nm和850 nm LED的宽带发射，“I”和“A”被结合在一起。对于更长的波长（信道12和信道13），研究人员观察到字母“I”变得更模糊，而字母“A”变得更清晰。通过实验结果，研究人员证实了这款超光谱图像传感器具有良好的光谱成像性能。

2021年6月21日，国内首家独立设置的国土空间规划学院在浙大城市学院成立。该学院将构建本、硕、博纵向贯通的国土空间规划教育体系，打造教育链、创新链、产业链深度融合的国土空间规划科教创新综合体，率先探索国土空间规划专业人才培养新模式，实现与城市发展同频共振、双向赋能。2022年6月18日，恰逢浙大城市学院国土空间规划学院“周年庆”活动，浙大城市学院还特别举办了院士论坛活动，中国科学院院士王建宇出席活动，为浙大城市学院城市大脑空天信息研究院揭牌，并受聘为该研究院学术委员会主席，作主题报告《红外高光谱成像技术及其在城市的应用》。王建宇院士介绍了当前红外高光谱成像技术的研究进展，并结合红外高光谱成像技术在城市安全、工业生产、生态环境、政府生态治理中的场景应用分析了红外高光谱成像技术的多场景需求。他指出，未来在城市管理、应急处理、环境保护等领域对红外高光谱成像技术的需求尤其迫切，“双碳计划”的国家战略定位，也将进一步推动这一技术的实用化发展。随着需求的推动，一些新的颠覆性技术也将逐步发展（如超表面红外探测、光声光谱等），通过技术创新、应用创新和管理创新实现对国外“卡脖子”高端红外光谱高光谱仪器的弯道超车，日益成为可能。想在线听到王建宇院士的报告并与他互动吗？第十一届光谱网络会议(简称iCS2022)，王建宇院士将做《高光谱技术发展与空间应用展望》，你还犹豫什么？还不快报名参加？第十一届光谱网络会议(iCS2022)将聚焦最新、最前沿的光谱技术及应用，既包括最热门的新冠病毒SERS检测方法、高速发展的高光谱最新技术、极具应用前景的过程在线光谱分析，也涵盖了各类光谱技术在生命科学、食品/制药、环境、材料四大领域的应用进展，为国内外光谱科研工作者及专业技术人士提供一个全新、高效的沟通交流平台，以促进业内交流，提高光谱研究及应用水平。

p style="text-align: justify "　　strong仪器信息网讯 /strong中国科学技术大学的潘洋教授团队在质谱成像技术方面取得新进展，该研究成果作为封面文章发表在Analytical Chemistry。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 332px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/aac4df87-7089-4826-a9a4-3bee906fce3c.jpg" title="111.jpg" alt="111.jpg" width="300" height="332" border="0" vspace="0"//pp span style="text-align: justify "　　解吸电喷雾电离/光电离(DESI/PI)质谱法用于组织切片中极性和非极性成分的同时成像/span/pp　　质谱成像技术(MSI)是基于质谱发展起来的一种分子成像新技术。MSI通过直接扫描生物样本，可以同时获得多种分子的空间分布特征，具有免荧光标记、不需要复杂样品前处理等优点，已经成为基础医学、药学、微生物学等研究领域关键技术之一。/pp　　解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MSI)是目前较广泛采用的常压成像技术。这种方法将雾化溶剂液滴吹扫组织切片表面，使待分析物溶解并发生电离，离子进入质谱接口进行检测。这种方法的最好空间分辨在50 微米左右，可进行原位检测，在法医鉴定、病理分析、代谢物分析等领域得到了诸多应用，主要缺点是有极性歧视和较强的离子抑制，不适于所有的待测物体系。/pp　　中国科学技术大学国家同步辐射实验室strong潘洋副研究员团队一直致力于同步辐射光电离质谱技术研究/strong，并在实验室部署下，以strong生命科学和能源化学前沿问题为导向/strong，发展了一系列实验技术和手段。近日，该团队发展了一种基于DESI的二次光电离质谱成像技术(DESI-PI-MSI)，并和strong中国科学技术大学生命科学学院熊伟教授合作/strong，strong对模式动物小鼠的脑、脊髓等组织切片进行质谱成像研究/strong。该研究成果以strong“Imaging of polar and nonpolar species using compact desorption electrospray ionization/post-photoionization mass spectrometry”/strong为题，2019年3月28日在线发表在国际著名期刊《Analytical Chemistry》。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 253px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/056fb14c-33b5-4715-8cca-7d7f01e12adc.jpg" title="1111111111111111111111111.png" alt="1111111111111111111111111.png" width="300" height="253" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "图1 DESI-PI-MSI装置工作原理图 　　/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "DESI-PI-MSI技术的关键是在DESI喷雾装置后引入一套光电离系统和高效离子传输管道(图1)，可通过开、关光电离源，实现对多种极性和非极性组分的高灵敏度空间成像。研究表明，在正离子模式下，DESI-PI-MSI可将小鼠脑切片中的肌酸、胆固醇和GalCer脂质的检出限提高2个数量级以上 在负离子模式下，谷氨酰胺和部分脂质灵敏度也可提高数倍。此外，对于一些极性较强的神经递质和脂质，DESI-PI-MSI同样可以实现灵敏度的显著提高，从而为生物标志物的高灵敏度探测和药物代谢精确成像研究奠定了基础(图2)。在现有装置上，潘洋副研究员团队还进一步设计了可用于同步辐射质谱成像的差分抽气系统和离子传输管道，以利用同步辐射高亮度和能量连续可调的特点，进一步提高光电离质谱成像的应用范围，拓展同步辐射的应用领域。目前新的系统已经加工完成，将进入安装和调试环节。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 367px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/ef150f33-58f2-4def-b2e8-074463290e85.jpg" title="222222222222222222222222222222.jpg" alt="222222222222222222222222222222.jpg" width="300" height="367" border="0" vspace="0"//pp　　图2 负离子模式下DESI-MSI和DESI-PI-MSI获得小鼠脑组织切片质谱和成像图/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 300px height: 231px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/ceca68bb-32a0-4959-b592-2eeda9040b1e.jpg" title="微信图片_20190528123130.jpg" alt="微信图片_20190528123130.jpg" width="300" height="231" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "刘成园，戚可可，杨玖重，熊伟，潘洋 中国科学技术大学国家同步辐射实验室/pp style="text-align: center "　　(发表于Analytical Chemistry,2019, 91: 6616-6623)/pp style="text-indent: 2em "论文链接：a href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.9b00520?journalCode=ancham" target="_blank" style="color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline "strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.9b00520?journalCode=ancham/span/strong/abr//p

图片：利用高光谱成像软件对货币进行油墨鉴别 　　西南法医证件检查协会（SWAFDE）是一个区域性组织。它定期为全美国法医证件审查员提供技术交流会议。　　下一次西南法医证件检查协会会议将在2013年4月7号美国圣迭戈举行。SOC公司计划参加，并展示先进的高光谱成像光谱仪。 　　高光谱成像光谱仪，作为一种无损检测工具，能在非接触的条件下，提供文件的任意光谱影像，使得法医证件审查员能够依据样品的光谱构成和独有特征，更清晰准确的鉴别文件真伪。具体的，高光谱成像光谱仪在文件鉴别领域具有以下功能：　　1.指纹分析　　2.文件伪造或变更监测　　3.油墨鉴别　　4.纸基纤维分析服务

孚光精仪日前在上海发布革命性的四维成像光谱仪和4D高光谱成像仪。 据悉，这种4D成像光谱仪是革命性的新型成像光谱仪，它突破传统的推扫扫描方式，以高速成像方式获取图像和光谱数据，一套系统可同时获得空间，光谱和时间分辨（瞬态）的高光谱信息，具有特殊的捕捉快速事件的能力，从而使得成像光谱仪体积更小，更为方便携带和野外现场使用。这种4D成像光谱仪每秒可获得10000个高光谱图像立方体数据，可监测到包括火箭发射，爆炸等快速过程，在生命科学和医学领域，它可以监测到血氧变换等信息。 4D成像光谱仪产品特色可获取动态物体的空间，光谱和时间分辨信息配备光纤，可灵活安装镜头与图像传感器多样的前置光学镜头，可选择显微物镜，普通镜头和望远镜头实时显示和处理高光谱数据，不需要全部光谱定标和辐射定标 详情浏览： http://www.f-opt.cn/gaoguangpu1.html4D高光谱成像仪产品参数参数普通型高速型光谱范围400-1100nm 400-1000nm 光谱分辨率2.4nm 2.2nm 光谱波带数300270空间分辨率44x40像素21x 19像素最大高光谱立方体采集频率30Hz 10000Hz 4D高光谱成像仪产品应用：实时自动目标探测火箭或导弹尾羽分析爆炸分析燃烧诊断http://www.f-opt.cn/gaoguangpu1.html 运营中心2--上海, 负责华东、华中、华南地区业务 Tel: +86-21-51300728Email: info@felles.cnWeb: http://www.f-opt.cn/gaoguangpu1.html

p　　质谱成像是一种前沿质谱技术，由于其技术的新颖性与应用的广泛性，近期受到了很高关注。该技术应用潜力巨大，它是将质谱检测与影像技术相结合的新型分子影像研究手段。特点是无需标记、所需时间短、耗费低、不局限于单分子，同时还可以提供组织切片中多化合物空间分布和分子结构信息。/pp 作为质谱领域最具前景的技术之一，质谱成像技术现已经成为仪器厂商、科研院所的重要关注焦点，预测未来市场争夺也将日益激烈。布鲁克公司在MALDI质谱成像技术方面坚持创新与发展，拥有当今业内公认的速度最快、通量最高通和性能最全面的rapifleX MALDI-TOF质谱仪。为提升用户对质谱成像技术、应用的了解，促进质谱成像技术的推广应用，仪器信息网特别邀请布鲁克公司对其质谱成像技术、应用等方面进行了讲解。/pp　　span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong1、请介绍一下贵公司的质谱成像仪器研发过程，这些仪器有哪些特点?/strong/span/pp　　一九九七年，美国范德堡大学(Vanderbilt University)的Richard M. Caprioli教授在Analytical Chemistry上发表了题为“Molecular imaging of biological samples: localization of peptides and proteins using MALDI-TOF MS” 的文章(Anal. Chem. 1997 69:4751–4760)，首次提出了MALDI质谱成像技术。在随后的20年间，质谱成像技术迅速发展起来。二零零六年，Caprioli教授在Proteomics上，提出了全新的质谱成像策略：即基于超快速MALDI-TOF质谱和超高分辨MALDI FT-ICR质谱的新一代(next-generation)质谱成像技术(Proteomics 2016, 16, 1678–1689)。/pp　　布鲁克MALDI质谱成像主要基于两大类质谱：MALDI-TOF以及MALDI FTICR质谱(图1)。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="001.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/42d51489-e9db-4b8f-8d3b-4616ea45a4e8.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图1 布鲁克MALDI质谱成像系列/strong/span/pp　　布鲁克公司自1992年推出第一台商用的MALDI-TOF质谱仪开始，至今已走过25年的历程。布鲁克MALDI-TOF质谱的升级换代过程，成就了MALDI质谱成像技术的创新与发展。目前有autoflex，ultrafleX以及rapifleX三款MALDI-TOF质谱满足成像需求，特别是全新推出的rapifleX(TOF-2015年，TOF/TOF-2016年)，是专门为质谱成像打造的当今业内公认的速度最快、通量最高通和性能最全面的MALDI-TOF质谱仪。/pp　　新一代质谱成像MALDI-TOF质谱仪rapifleX在技术方面有诸多突破：/pp　　1)配备全新的smartbeam 3D激光器，激光频率达到业内领先的10 kHz，大大提高了成像数据采集的速度 激光寿命也提高至1010次；/pp　　2)独特的Beam scanning 技术，能够充分扫描像素点内所有离子，首次实现了真正的方形像素技术，达到像素点全覆盖，显著提高成像质量；/pp　　3)M5多路数据采集与聚焦技术：超快速覆盖像素面积，提高成像数据采集效率，进一步缩短成像数据采集时间。/pp　　整合以上技术特点，rapifleX的质谱成像速度从目前业内主流的2-3 pixels/s 飞跃至 20-30 pixels/s，最高可达50 pixels/s。超快速的质谱成像系统，使全面观察复杂的生物样本成为可能，特别是是异质性高，结构多样，面积大的临床样本，优势尤为明显。图2是一个囊肿性纤维化患者肺部组织切片的质谱成像结果。空间分辨率为20 µ m，共采集了超过1百万张谱图。超高速的rapifleX质谱，仅6h就完成了数据采集。而用当前主流的其它质谱设备，需要多达4-5 天时间。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="002.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/2005229b-e1e3-44dd-bce6-7f9624ea284c.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图2 全球第一张百万像素的质谱成像图片(空间分辨率 20 µ m)。应用超快的 rapiflex质谱，仅需要6个小时 而传统技术需要长达4.5 天。/strong/span/pp　　样品为囊肿性纤维化患者肺部组织切片，高亮显示了四种脂类分子在组织上的特异性空间分布。其中m/z 814.5 (蓝色)遍布组织各处， m/z 885.6 (白色)分布与炎症区域，以及充满粘液的气道管腔 而m/z 861.6 (黄色)以及m/z 797.7 (紫色)主要分布于肺实质。(Proteomics 2016, 16, 1678–1689)/pp　　布鲁克saloriX系列的FT-ICR(傅里叶变换-离子回旋共振)质谱，以超高的分辨率和精准的质量准确度，在成像领域，特别是小分子成像领域表现更为优异。如图3所示，质量差别为0.013 mDa的两个分子，在组织上的分布迥异，这依赖于仪器极高的分辨率；同时，极佳的质量准确度，可以在成像的同时直接定性，获得重要的分子式信息。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="003.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/6af60127-9f37-4527-ab7d-e9c8e0f47d38.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图3 FT-ICR质谱成像技术精细显示小分子化合物的空间分布并定性。/strong/span/ppstrongspan style="COLOR: rgb(0,112,192)"2、目前，贵公司质谱成像仪器主要应用在哪些方面?应用情况如何?请举例说明。/span/strong/pp　　新药研发是FT-ICR质谱成像的一个重要应用领域。药物研发过程中，仅知道药物最终聚集于哪些组织(例如肝，肾等)是远远不够的，因为质谱成像技术发现药物分子在组织的分布并不均一(图4左)；而用传统的组织病理染色方法(图4右)，无法获得此类信息(chemical& engineering news, 2017, 95(23), 30-34)。在药物毒理学研究方面，传统的做法是将组织匀浆后，获得总体的浓度。然而，这种总浓度的可靠性有待商榷，因为匀浆后的组织中，药物总浓度偏低并不能反映组织局部区域浓度偏高的事实。例如，制药业巨头葛兰素史克(下文简称GSK)发现某种药物的代谢物(绿色)特异性的聚集于小鼠眼球的黑色素层(图5左上)。因此该药物被确定为off-target药物，其研发过程也被终止。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="004.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/7029abe1-1002-4f7f-ae11-9c9409ee353b.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图4 质谱成像(左)显示出药物在肾组织的不均一分布 而传统染色方法(右)无法检测到。/strong/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strongimg title="005.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/f2b4454c-a002-4612-a180-dace319e281e.jpg"//strong/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"strongspan style="COLOR: rgb(0,112,192)"图5 质谱成像(左上)结果显示药物聚集于眼切片黑色素区。成像结果与染色结果叠加确定组织分层信息(右上)。药物在整个眼组织切片上的分布。(下)/span/strong/pp　　GSK应用该技术，成功发现了多起药物脱靶(off-target)的案例，极大减少了经济损失。另一个研发实例发生在研究某种肿瘤药物能否用于儿童的治疗(J. Am. Soc. Mass Spectrom. (2015) 26:887-898)的过程中：MALDI imaging结果发现，在较年幼的大鼠体内，该药物会导致肾脏内磷酸钙的沉淀。而研究表明，由于幼鼠发育不成熟，该药物不能像常规途径一样被肝脏完全代谢掉。在肾内的大量沉淀最终对肾组织造成了较严重的破坏。这项研究成果为研究儿科用药安全性提供了新的指导方向。/pp　　在药物组织分布的研究领域，一种常用的手段是定量全身放射自显影技术(quantitative whole-body autoradiography, QWBA)。这是一种基于标记的检测手段。由于成本高昂，只能检测最有潜质的有限数目的药物分子 此外，该方法无法区分药物分子本身与其代谢物。在此，质谱成像技术的优势进一步凸显出来：无需标记，一次数据采集可以获取成千上万的不同的分子空间分布信息 药物分子及其代谢物由于分子量的差异也可以完全区分开来。/pp　　更具有前景的是，质谱成像不仅能靶向的寻找药物及其代谢物的组织分布，还能发现，受药物作用的影响，生物体内内源的其它化合物发生的变化。这也是药物研发科学家孜孜以求的宝贵信息。/pp　　到目前为止，质谱成像可检测的化合物已经覆盖了小分子(如代谢物，神经递质等)，脂类，多肽，糖类，蛋白等，在神经科学，模式动物的研究，疾病的诊断等领域发挥了巨大作用。近年来，质谱成像技术又创新性的应用于植物组织、细胞以及微生物代谢物的原位检测等。/ppspan style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong3、贵公司如何看待质谱成像仪器的技术及市场发展现状?目前有哪些问题亟待解决?/strong/span/pp　　对质谱成像的空间分辨率的要求越来越高，除了对仪器硬件提出了新的挑战以外，产生的数据量也急剧膨胀，急需新的信息学，统计分析软件来处理海量数据，以获取有价值的信息。布鲁克公司推出的scils lab软件，具备强大的计算能力，能够处理多个datasets的几百万张谱图 同时软件具有多种统计分析功能，例如主成分分析(PCA和PLSA)，聚类分析(segmentation)，寻找biomarker(ROC曲线)，建立统计模型区分未知样品(classification)等。利用该软件，研究阿尔茨海默症(AD)海马区脂类的变化，共6个正常人和6个AD患者的脑组织样品。计算ROC曲线找到多种差异的脂类信号。(图6，Mendis et al., Brain and Behavior 2016)。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="006.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/61f55090-d6b2-4a02-b522-d7a35fbf1720.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图6 scils软件分析利用ROC曲线计算方法找到多个AD相关的潜在biomarker/strong/span/pp　　相比之下，国内的质谱成像研究开始的较晚一些，但是也处在了快速发展阶段。目前 的应用领域也覆盖了临床、方法学、植物、细胞等各个方面。以中科院化学所聂宗秀研究员为例。他开发的多种质谱成像新基质，有效解决了在组织背景下，耐盐性不佳，质谱信号差，基质背景峰多等多种问题，极大的提升了小分子代谢物的成像效率。聂宗秀研究员还开创性的利用碳纳米材料在低质量端的碳离子束信号作为指纹峰，间接的检测碳纳米材料在多种器官中的组织分布(图7)，为研究碳纳米材料作为小分子药物靶向作用的载体奠定了基础(Nat. Nanotech. 2015, 10, 176-182 )。该研究发表在权威期刊Nature Nanotechnology上，得到了学术界很高的评价，还入选该期刊10周年专刊。br//pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="007.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/72af1850-cf11-4e98-aa57-668565944461.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图7 1)碳纳米材料在鼠不同组织中的分布；2)碳纳米管在脾组织中主要分布在免疫应答活跃的边缘区。/strong/span/ppspan style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong4、质谱成像仪器需求情况如何?贵公司质谱成像仪器推广做了哪些工作?进一步发展计划如何?/strong/span/pp　　布鲁克也在不断的从技术和应用角度推进国内成像技术的发展。仅今年下半年，就先后于8月份在广东工业大学举办了质谱成像的workshop；在11月初，邀请了国内外质谱成像领域的专家，瑞典乌普萨拉大学质谱成像中心的负责人Per E. André n教授，中科院化学所的聂宗秀研究员，以及在Caprioli教授实验室工作过多年的布鲁克全球成像市场经理Shannon Connet博士，在中科院大连化物所以及中科院动物所，举办了质谱成像技术高端研讨告。会后的交流也非常踊跃。也激发了更多科研人员对质谱成像研究的兴趣。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="008.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/cadafa09-77b3-4da1-bd58-3ae5364410df.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,112,192)"strong图8: 2017年布鲁克质谱成像研讨会 1)/strong/spanstrong style="COLOR: rgb(0,112,192)"中科院动物所/strongstrong style="COLOR: rgb(0,112,192)" 2)/strongstrong style="COLOR: rgb(0,112,192)"中科院大连化物所/strong/pp　　布鲁克公司对MALDI质谱成像技术的应用前景充满希望，相信创新性的质谱成像技术将会被愈来愈多的科学家和技术人员所了解和应用。我们愿为人类探索生命科学的奥秘提供独具特色的质谱成像技术，同时不断改进和完善MALDI成像整体解决方案。/ppbr//p

&ldquo 人类天生就可以收集大量的视觉信息。&rdquo 范德堡大学医学院斯坦福· 摩尔生物化学主任与质谱研究中心主任 Richard Caprioli 表示，&ldquo 我们喜欢图样、我们喜欢照片，我们通过一张简单的照片可以获得大量的信息。&rdquo 　　在 Caprioli 看来，这一点解释了质谱成像技术(MSI)为什么越来越受欢迎。尤其是这项技术可以帮助组织学家获得原本需要数年才能掌握的专业知识。&ldquo 它采用的不是颜色维度，而是分子维度。但这个事实并不是那么重要，只要分子维度有足够的信息量。&rdquo 他说。　　质谱成像技术就像是免疫组织化学的高通量版本，只是没有抗体而已。质谱成像技术并没有为组织切片事先染上特殊标记，它使用质谱仪一次性挑选并绘制成百上千种分子的空间排列。研究者无需提前知道哪个分子比较重要，就可以利用该技术进行绘制挑选，而且速度很快。&ldquo 我们的仪器有激光，每秒可以做 5000 个质谱。&rdquo Caprioli 表示，这一速度足以在一个小时之内扫描包括数百个病患活组织在内的组织微阵列整体。　　但是，质谱成像技术的应用也存在明显的障碍。比方说，图像分辨率随着光点尺寸的减小而升高，但却降低了离子材料的产量。该技术并没有初步分离的步骤，因此可能会只抽取丰度最高的分子。而在计算方面，研究人员面临的挑战则是如何对数据进行分析，特别是如何能够真正理解这些数据。但是不管怎么说，研究人员正在使用质谱成像技术进行研究，无论是确定亚细胞分辨率下组织切片中的药物代谢产物，证实疾病的生物标记，还是鉴别肿瘤的边界等等。他们甚至正在将该技术引入临床，至少是接近于临床研究。　　质谱成像技术的策略　　那么，什么是质谱成像技术?就像是一张标准的数码照片，数字成像的色彩是通过红绿蓝 3 个颜色通道叠加而成的，屏幕上每个小像素的颜色都是由这三个颜色的密度所构成的。　　现在，想象一张拥有成千上万个颜色通道的图片。这就是质谱成像技术， Caprioli 说，每个通道都是你想要展示的那个分子种类或质谱峰。研究人员将这些不同的通道互相覆盖，便可以产生一个针对组织分子构成和空间分布的彩色绘图，无论是对蛋白质、神经肽、代谢分子还是脂类等组织&mdash &mdash 显然脂类的需求正在增加。　　研究人员为质谱成像技术设计了几十套方案，但正如 2012 年的综述中所说的(J. Proteomics, 75:4883, 2012)，只有三种是最常见的。 Caprioli 的基质辅助激光解析质谱成像技术(MALDI-MSI)通过紫外线激光光栅扫描一个基质包膜的组织切片来建立图像。该技术的像素大小一般近似于 1 到 10 个微米，意味着它可以达到亚细胞分辨率。但由于它需要使用 MALDI 基质和真空环境，所以 MALDI-MSI 不适用于活体样本。同时，基质是用来吸收激光能量并转移到样本上去，但是这种基质可能会很难在样本上操作并产生大量的小分子量的电离物，这会遮蔽生成光谱的代谢区域。　　宾夕法尼亚州立大学埃文· 普名誉化学教授 Nick Winograd 采用了第二种方法&mdash &mdash 次级离子质谱法(SIMS)。这种方法通过在样品表面喷镀离子束让样品产生电离作用(比方说，英国 Ionoptika 公司的带电 C60 分子或氩团簇束)，不使用激光。 Winograd 称，这种方法有两大优点，第一个是分辨率：SIMS得出的像素约有 300 纳米，而MALDI充其量只有1毫米。另一个是通过分子深度剖析，研究人员可以使用碰撞而成的坑痕去&ldquo 深挖&rdquo 这个样本，通过三维立体化绘制其分子组成物。　　第三种是电喷雾解析电离技术(DESI)，这种(非真空的)电离技术通过喷射溶剂，将溶剂覆盖在未经处理的组织表面上，溶解表面的分子。然后再继续往上滴溶剂，以使溶解物溅到质谱仪上，进行电离和分析。(Prosolia 公司对 DESI 技术进行商业化，该公司由该技术的发明者、普度大学化学家 R. Graham Cooks 共同创办。)　　DESI、MALDI、SIMS 这三种技术以及他们的变体都采用阿姆斯特丹 FOM 研究所 AMOLF 学院 Ron Heeren 所谓的&ldquo 微探针&rdquo 模式，分辨率随着像素尺寸减小而升高。这里面的问题是如何从尽可能小的光点中最大化样品的电离作用。但是较小的光电也就意味着检测到的离子会更少，且不要说成像时间会更长了(因为里面的像素会变多)。　　Heeren 更喜欢&ldquo 显微&rdquo 模式。这种模式可以用散焦像素更快成像，再加上像素检测器如 CCD，可以有效地一次性捕获 262144(512x512)个光谱。　　&ldquo 这就像个相机。&rdquo Heeren 解释道，&ldquo 就是一点，我们制造的是分子闪光照片。&rdquo 　　Heeren 认为这个&ldquo 质谱显微镜&rdquo 的关键是 Timepix 探测器，这个探测器是CCD和飞行时间质谱分析器的结合。(Heeren 共同创立的 Omics2Image 拥有 Timepix 探测器)。他解释，大多数质谱检测装置将探测器视为一个大的像素，将所有到达表面的离子碰撞整合为一个单一的信号。 Timepix 将这个信号分成 262000 个空间分辨的点，这样在探测到成像表面分子时，它们可以保持并记录自己的空间定位，成像速度非常快。　　有多快? Heeren 说， MALDI-MSI 仪器可以产生每秒钟一个像素，达到一微米的分辨率。因此在一个 100x100 毫米的区域中，要想生成 1 万个像素需要花费 2.7 个小时。但使用质量显微镜和 Timepix 探测器，&ldquo 我们可以在一秒钟内得到这些信息。&rdquo 　　显微镜上还有物理电子学 TRIFT SIMS-TOF 系统，上面还有一个 MALDI 技术， Heeren 团队最近正在使用这一技术探索骨关节炎下的生理变化。&ldquo 我们甚至可以证实，在蛋白质水平和脂代谢水平上的生理变化以及软骨矿化，会导致软骨机械强度的流失。&rdquo 他说。　　常态MSI　　与 MALDI 和 SIMS 相比，DESI 和激光烧蚀电喷雾技术(LAESI，由 Protea Biosciences 推出的激光技术)这些正常大气压下的电离技术拥有一些特殊的优势。最明显的优势是，他们不需要进行样品处理，在正常空气中操作即可，不需要真空。因此，他们可以用在活体样本上，甚至可以在患者身上进行操作。　　&ldquo 我自己这辈子的追求就是：用未处理过的样品就可以进行质谱分析。&rdquo 这是 Cooks 几十年来的目标。　　作为一个研究者， Cooks 的工作是提取并测定植物生物碱的结构。很长的一段时间内，研究都非常艰辛，他只提取了一点&ldquo 不纯的生物碱，而且也没有做出结构方面的进展&rdquo 。直到他遇到了从斯坦福大学来演讲的Carl Djerassi。他说，Djerassi把他的材料样品带回了实验室，并收集它们的质谱，十天后又把结构发了回来。&ldquo 这让我相信质谱分析法的强大。&rdquo Cooks 说，&ldquo 同时，我也发现提取方法学中存在的局限性。&rdquo 　　从那以后，他开始从那些在生物上不怎么好操作的技术限制中脱出来，进行质谱分析，发展了正常气压下的电离技术，特别是 DESI。2011年，由 Cooks 和哈佛医学院Nathalie Agar 共同领导的团队，使用电喷雾解析电离质谱技术(DESI-MS)来存储脑肿瘤组织，使用脂类特征检测结果帮助电脑区分不同形式和组织病理学分级的神经胶质瘤(一种脑瘤)。　　对于这种分析来说，脂类是一个古怪的选择。的确，脂类对于 MSI 从业者来说就是无奈之举，但他们必须从中获取最大的价值。在标准的细胞分析中，研究人员可以分离细胞提取物，并去掉不想要的部分，这其中往往就包括脂类。但是在MSI及其他原位应用中，研究人员必须知道自己面前摆着的是什么。他们面前摆着的主要是脂类。但幸运的是，脂类不仅丰度高，非常容易电离，而且信息量也很大。　　&ldquo 如果你只看脂类的话，它的组织特征比蛋白质要好得多。&rdquo 伦敦帝国学院医疗质谱部门研究员 Zoltá n Taká ts 这样说。　　最近， Cooks 和 Agar 将这一方法应用到5个正在进行治疗的脑癌病人的 32 个手术标本当中。该系统通过逐个像素报告了肿瘤的亚型、分级以及癌细胞的部分。 Cooks 说，这些数据可以让他们的团队在绘制肿瘤边界时找出不同组织病理学级别的各个区域，补充MRI数据。他还强调，他们使用的是&ldquo 最便宜的&rdquo 质谱分析仪器，Thermo Fisher 公司的单级(与串联相对)低分辨率 LTQ 离子阱。　　但 Agar 也指出，这还是一个研究项目，团队不能实时将这些结果传递给外科医生，他们在波士顿收集样本，但真正成像却是在印第安纳州。自那以后，她的团队在布莱罕妇女医院的 AMIGO 手术室安装了 Bruker 公司利用 DESI 技术的 amaZon Speed 离子阱，用来进行脑瘤案例的测试。该手术室是医院的影像引导治疗国家中心。 Agar 说，很快他们会研制出乳腺癌测试，但是团队仍然不能指导外科医生真正操刀。这种方法首先必须经过验证，&ldquo 这最终会需要经过临床试验进行验证。&rdquo 　　简化数据分析　　最终，要想把 MSI 推向临床，就必须要跨越质谱仪专家，让真正需要使用它的人掌握这门技术。然而，没有几个临床医生能够掌握 MSI 技术、数据处理和信息学的精妙，而且更没有人愿意花时间学习了。在 Cooks 看来，如果这项技术&ldquo 又娇贵，而且这项质谱技术需要博士才能掌握&rdquo 的话，就很难进行推广，&ldquo 它需要全自动，仪器也不能那么娇贵，必须要可靠而且相对简单。&rdquo 　　对于典型的组织病理学应用来说，这不是什么问题，因为这个系统可以配置成智能盒子(turnkey boxes)，只有通过特定的生物标记才能打开。全球的各大临床实验室已经在常规地使用非成像质谱仪，包括 Bruker 公司的 MALDI BioTyper 和 Sequenom 公司 MassARRAY。 Caprioli 想要为组织学家和病理学家设计一款类似于显微镜的 MSI，仪器小到甚至可以塞在桌下。实验室技术员只需要学会如何准备样本、操作机器，软件就可以进行剩下的操作。　　但是像生物标志物鉴定等更为复杂的应用则是另一回事儿。&ldquo 质谱成像技术数据集的大小取决于图像像素的数量和质谱仪的分辨率。而近年来，它俩发生了巨大的变化。&rdquo 劳伦斯-伯克利国家实验室科学家 Ben Bowen 说，他发明了质谱成像技术的数据分析软件。　　随着分辨率的提高，像素就会收缩。同时，进行&ldquo 发现模式&rdquo 实验的研究人员预先不知道哪个分子更为重要，所以他们要将所有分子都考虑进去，在成千上万个颜色通道上进行两两比较。　　所有这些像素加起来的数据是惊人的。 Bowen 说，他的同事 Trent Northen 在自己的工作中使用质谱成像技术，这些年已经收集了几百万兆字节的数据。对于初学者来说，打开数据文件都是个问题，这让他们非常依赖更精通于这项技术的专家。&ldquo 你就会知道为什么它让这些科学家如此不悦了。&rdquo Bowen 说。　　为了减轻他们的负担， Northen 和 Bowen 与伯克利实验室数据可视化专家 Oliver Ruebel 一同研发了 OpenMSI 的云计算平台，用户可以直接在浏览器上浏览和操作质谱成像技术的云计算数据。 Bowen 介绍，美国能源部国家能源研究科学计算机中心(NERSC)的超级计算机用于支持该系统，将数据处理时间从几天减少到几分钟。　　Bowen 说，他和 Northen 的合作者之一可以使用 OpenMSI 详细研究 50 千兆字节的数据集，这个数据集他在一年半前就收集到了，但是一直没有办法进行研究。&ldquo 现在他就在(谷歌)浏览器中使用这项技术。&rdquo 他举例说，包括浏览RGB图像，检验下面的光谱，并与同事分享数据，&ldquo 所有你能想到的 21 世纪互联网所提供的功能，我们都能在 OpenMSI 上实现质谱成像技术的这一功能。&rdquo 　　手术室的质谱仪　　但是要想达到临床可译性的最优化，研究人员可能必须要脱离MSI的成像部分。这就是伦敦帝国学院 Taká ts 的研究成果。　　Taká ts 是 Cooks 之前的博士后，作为论文第一作者首次对 DESI 进行描述。他研发并正在检测一种新的非真空电离技术&mdash &mdash 快速蒸气电离质谱仪(REIMS)，并设计了 iKnife 智能手术刀，外科医生可以在手术室就搞定组织的组织学和组织病理学问题。　　&ldquo 最终的设备非常简单。&rdquo Taká ts 解释道，而且还依赖电外科技术，这种切割技术使用电流气化组织。这个过程释放的烟雾是焦油、微粒物质和电离脂质的组合，iKnife持续提取样本放入附在旁边的聚四氟乙烯管，然后放入质谱仪。　　在过去几年内， Taká ts 建立的数据库包括了近 20 万人类癌症和健康组织的脂类样本。通过这些数据，他证实了可以通过脂类生物标记区别不同的样本。因此，使用在电外科过程中产生的离子化的脂类特征，他的系统可以基本上实时地确定iKnife下面的组织是健康的还是癌变的，以及其组织学状态。　　但要说明的是，这里面没有成像。&ldquo 出来的诊断结果是组织学水平的鉴定。&rdquo Taká ts 说，&ldquo 这个系统会告诉你这是非小细胞肺癌，2 期之类的。&rdquo 　　在匈牙利、德国和英国，iKnife(MediMass 公司和帝国学院的研发成果)已经在超过 500 个手术中进行检测，&ldquo 在绝大多数案例中，能够达到 100% 的分类正确率。&rdquo Taká ts 说，涵盖了胃肠道癌、肝癌、肺癌、乳腺癌和脑癌。在有些案例中，医生本以为是肿瘤，但是该技术却证明只是良性组织或炎症性疾病。现在， Taká ts 正在研发一种新的系统，可以为内窥镜检查进行类似的评估。　　Taká ts 表示，最终，这种应用可能会让 MSI 变得&ldquo 意义非凡&rdquo ，不仅是作为一个研究工具，更是作为常规的临床技术。他指出，组织病理学研究者可能不愿意接受这种相对较慢、而且价格高昂的技术。但他也表示，是这款仪器的速度和价格都会有所改善。以往，要想进行这项检测，最好的时机是要在解剖后等待半个小时才能进行检测。如果这项技术能够医生在几秒钟内提供诊断，并且是体内的，那么人们就会更倾向于这项技术。　　&ldquo 这套系统的优势是组织病理学所不能及的。&rdquo 他说。　　原文检索：　　Jeffrey M. Perkel. Mass Spec Imaging: From Bench to Bedside. Science, DOI: 10.1126/science.opms.p1300076

日前，联光元和（上海）企业发展有限公司完成天使轮融资，由上海联和1亿元独家投资。本轮资金将用于超光谱成像仪、连续波白光激光器等高端科学仪器与应用装备研发。联光元和创立于2021年1月。凭借研发团队在空间光调制技术、表面耦合诱导等离子体及其多级放大技术在光学中的应用、基于高熵玻璃材料实现的BPAWR－SACM光过程等诸多领域形成的基础研究成果和大量原始技术创新，企业将致力于在光谱成像、光源系统与光加工技术三大板块形成系列产品，在科学仪器与先进加工领域为中国制造提供核心力量，并积极参与全球顶尖科研仪器与高端装备的市场竞争。目前，联光元和在研产品透射式时间分辨角分辨超光谱成像仪和连续波白光激光器进展顺利。首台超光谱成像仪原型机将于2022年9月问世，涵盖瞬态／稳态、能级寿命、散射／振动谱、高光谱／光谱等分析功能，可替代大部分传统光学仪器，如紫外可见分光光度计、红外吸收光谱仪、荧光光谱仪、拉曼光谱仪等，广泛应用于材料分析、环境监测、生化检测、医疗诊断等。6月15日，公司科研团队参与的项目成果以“Design of coherent wideband radiation process in a Nd3＋－doped high entropy glass system” 在线发表于自然杂志子刊Light：Science＆Applications，首台连续波白光激光器亦将于2022年10月问世。该激光器可实现宽谱段（400－800 nm）的空间相干光输出，或调制后以单一频率窄线宽的激光模式进行输出，未来可实现将传统的车、铣、刨、磨、铸、锻、焊与新兴的3D打印技术整合在光加工中心系统上。通过控制光束的束腰半径，可实现从10μm－100nm范围的高效率加工，填补了既有的机械加工与电子束刻蚀间的空白，为MEMS尺度的加工提供更多的手段和空间。

成像光谱仪自上世纪80年代由美国喷气动力实验室正式提出并研制以来，经过数十年的飞速发展，目前已成为非接触光学成像最具代表性的技术。高光谱成像技术的出现和发展使人们观测和认识事物的能力实现了又一次飞跃，续写和完善了光学成像从全色经多光谱到高光谱的全部图像信息链，孕育形成了一门成像光谱学的新兴学科门类，已广泛应用于遥感领域。国际上知名的高光谱成像技术提供商如Specim、Headwall、Cubert和IMEC等绝大多数集中在欧美国家，因此高光谱技术的早期应用探索也率先在欧美地区展开。我国高光谱遥感技术从20世纪80年代以来，经过几代研究人员的不懈努力，从探索研究到实际应用，始终和国际保持同步发展。但是，近地及无人机遥感高光谱技术在中国的发展起步较晚，特别是民用化的推广应用，更是在近二十年间才逐步为广大科研工作者所知悉。受国内成像传感器、光谱仪等核心器件的技术壁垒限制，真正国产高光谱成像技术的研发更是凤毛麟角，国内大多数企业更多是从国外引进光谱仪等核心器件，在此基础上进行二次开发集成，缺乏核心竞争力，因此，核心技术的国产化应该成为我们国内企业关注的重点。高光谱技术发展至今，就硬件来说，随着工业4.0时代的到来以及先进制造业的发展，以Specim为代表的高光谱成像技术生产商经过近20年的技术积累，已经具备了从紫外（UV）、可见光（VIS）、近红外（NIR）、短波红外（SWIR）、中波红外（MWIR），到长波红外（LWIR）全波段的高光谱成像产品生产能力。可以说高光谱成像硬件技术的发展已达到先进制造业所能支撑的顶级水平，市场常见的高光谱产品也是百花齐放。但是，由于高光谱成像技术应用领域的多样化，不同应用分析需求中由定性分析向定量或半定量分析的快速转化，高光谱成像应用解决方案及软件分析技术未得到同步发展，特别是针对某一具体应用领域，缺乏完整的解决方案。而且高光谱图像数据的一个重要特征是超多波段和大数据量，对它的处理也就成为其成功应用的关键问题和难题。高光谱图像数据分析门槛较高，市场上又鲜有专业的分析软件，用户要想更好、更深入地发掘高光谱信息并与自身研究课题结合起来，往往需要从底层入手，且具备图像处理、编程、二次开发等专业基础，而目前高光谱成像技术应用较多的领域如农业遥感、生态环境监测、植物表型分析等领域的用户，并不具备这样跨学科的基础，使得诸多领域的用户望而却步。更需一提的是，具有广阔前景的工业应用领域的用户，往往更关注直接可用的结果，而不注重分析过程，因此，相比高光谱成像硬件技术，针对特定领域的专业分析软件技术成为现如今高光谱成像技术的普及及工业化应用的最大阻碍，是高光谱行业科技公司亟需解决的问题。正因如此，以北京易科泰生态技术公司自主开发的SpectrAPP©、FluorVision©等为代表的专业高光谱成像分析软件应运而生，为高光谱技术的发展贡献积极力量。目前高光谱技术在农业、林业、植被覆盖、生态环境监测、地质矿产、湖泊和海洋水质检测等领域具有广泛的应用。除了以上领域外，高光谱技术最具发展潜力的应用将会体现在工业应用方向，如自动化分选、流水线/产品线品质监控、废弃物循环利用等，另外生物医学、文博考古、刑侦、艺术品鉴定等行业也将是高光谱技术的大显身手的领域。随着成像传感器技术、机器视觉技术、人工智能技术的发展，尽管高光谱成像技术已越来越多地应用于各行各业，但由于缺乏通用的行业标准，再加上国内外高光谱软硬件质量参差不齐，在全世界范围内没有建立起一套完整的、公认的、权威的规范标准，使得高光谱成像技术缺乏国际一致认可的衡量标准，也催生出许多以次充好、滥竽充数、搅乱市场的现象。易科泰公司自2002成立以来，便长期致力于生态-农业-健康研究监测技术推广、研发与服务，并与国际知名公司如PSI公司、Specim公司等合作，在光谱成像技术如高光谱成像技术、叶绿素荧光成像技术、红外热成像技术、无人机遥感技术等方面积累了丰富的经验。易科泰生态技术公司为国内遗传育种、植物生理生态研究、作物抗性筛选等提供表型分析技术方案已有10多年的成功技术经验，先后为中科院植物所、中国农科院水稻所、中国农科院生物技术研究所、中国海洋大学、海南大学热带作物学院等科研机构和公司机构提供了几十套高通量作物/植物表型分析平台和藻类表型分析平台，包括高光谱成像技术、叶绿素荧光成像技术等国际先进表型分析技术。近几年来，易科泰公司与国际高光谱成像技术领导者Specim合作，研制生产了Ecodrone®系列无人机高光谱-激光雷达-红外热成像遥感平台、PhenoTron®多功能高光谱成像等系列作物/植物表型分析系统、AlgaTech®藻类表型分析平台等，为植物/作物表型分析、中医药表型组学、生态修复及生态保护、水体与藻类、生态环境监测领域等提供陆空双基、全方位的技术方案。也使得易科泰成为国内高光谱成像技术在农业、林业、生态环境、海洋科学、地质地球科学等领域应用推广的先行者和主要代表。易科泰公司基于自主研发的SpectraScan©光谱成像扫描平台技术、成像配置系统、SpectrAPP©及FluorVision©软件分析技术，并结合国际先进的Specim高光谱成像、PSI叶绿素荧光成像、Thermo-RGB成像技术，先后推出多种产品系列，以完整的解决方案全方位覆盖高光谱成像技术的主要应用领域。主要有：• FluorVision叶绿素荧光高光谱成像技术• UV-MCF生物荧光高光谱成像技术• SIF太阳光诱导叶绿素荧光高光谱成像技术• PhenoTron®植物表型成像产品系列• PhenoPlot®近地遥感高光谱成像系列• AlgaTech®藻类表型成像系统• Ecodrone®无人机高光谱遥感系统（农、林、生态环境方向）• Geodrone®无人机高光谱遥感系统（地质地球方向）• SpectraScan®高光谱成像扫描系统• SpectrAPP©光谱成像技术创新应用项目（合作实验与技术服务）正如前文所述，受限于国产光谱仪核心部件的技术壁垒，目前主流的国产高光谱产品是基于进口光谱仪如Imspector的二次组装集成，从核心技术成像光谱仪的研发、光学设计到整机集成、出厂校准测试等没有形成一体化、封闭式流程，产品性能较进口产品仍然有不小的差距，高光谱整机解决方案的国产化进程缓慢。但由于随着国家对国产设备的支持力度逐渐加大，且国产设备从市场价位、售后响应等方面存在先天优势，在中国市场，目前的国产集成设备与整机进口设备竞争日趋激烈。同时，在EcoTech®实验室、西安易科泰光谱成像与无人机遥感技术研究中心（设立有光谱成像实验室）、表型与种质资源事业部等多方专业技术团队的分工协作、共同努力下，易科泰公司已经走出一条从光谱成像核心技术的引进、专业领域的系统集成，到软件分析技术的自主研发、解决方案的全面整合，再到技术支持服务保障一站式、全流程道路，及用户之所想，解用户之所需，消用户之顾虑，也因此赢得市场的广泛认可，成为高光谱成像技术在国内发展壮大的有力推动者。2018-2021年间，由易科泰公司和中国海洋大学海洋生命学院研究团队合作，首次将Ecodrone®无人机遥感技术引入海洋科学领域，建立了一套可靠的紫菜生物量快速评估方法，并在Plant Methods上合作发表文章《Biomass estimation of cultivated red algae Pyropia using unmanned aerial platform based multispectral imaging》，为大型藻类的培育管理、遗传育种、表型学研究及海洋牧场监测管理提供高效、可靠的解决方案。随后，考虑到研究团队对于一站式多传感器表型成像分析的迫切需求，易科泰公司充分发挥自身优势、基于自主专利技术设计研发AlgaTech®高通量藻类表型成像分析平台，成为目前国内功能完备、技术一流的高通量藻类表型成像分析系统，为藻类及海洋植物生理生态、海水养殖、生物量评估、遗传育种等研究领域提供全方位、一站式解决方案。有研究数据显示，2022年全球与中国高光谱成像系统市场容量分别为934.73亿元与279.02亿元。基于2018-2022年高光谱成像系统市场发展趋势并结合市场影响因素分析，有预测机构预测全球高光谱成像系统市场规模在2028年达2471.94亿元。由此预计2022至2028年间，中国高光谱市场规模将超过700亿元，可以预测中国必将成为未来全球最大的高光谱成像市场。面对如此市场机遇，易科泰公司将继续秉持“生态-农业-健康”的战略定位，以自主研发的软硬件技术为基础，以高光谱成像、叶绿素荧光成像、红外热成像等先进传感器技术为依托，全面整合解决方案，在农、林、生态环境、无人机遥感、地质地球等科研领域继续深耕，并逐步向工业生产线、废弃物分拣、食品药品、文博考古、艺术品鉴定等应用领域积极拓展，为高光谱成像技术在中国的全面发展贡献蓬勃力量。（作者：北京易科泰生态技术有限公司、西安易科泰光谱成像与无人机遥感技术研究中心 王宁）

近日，清华大学电子工程系黄翊东教授团队崔开宇副教授带领学生在超光谱成像芯片的研究中取得重要进展，研制出国际首款实时超光谱成像芯片，相比已有光谱检测技术实现了从单点光谱仪到超光谱成像芯片的跨越，期刊《科学》（Science）综述论文“光谱仪的小型化”（“Miniaturization of Optical Spectrometers”）将这一超光谱成像芯片技术列为该领域最新的研究成果。光谱作为物质的指纹，光谱成像可以获取成像视场内各像素点物质的组分和含量，为智能感知技术开拓了一个新的信息维度，在工业自动化、智慧医疗、机器视觉、消费电子等诸多领域有着巨大的应用需求。然而传统基于分光原理的单点光谱仪体积庞大，已有的光谱成像技术一般只能采用逐点逐行扫描或波长扫描的模式，无法获取视野场景中各像素点高精度的实时光谱信息。该成果研制的国际首款实时超光谱成像芯片如图1所示。通过硅基超表面实现对入射光的频谱域调制，利用CMOS图像传感器完成频谱域到电域的投影测量，再采用压缩感知算法进行光谱重建，并进一步通过超表面的大规模阵列集成实现实时光谱成像。该款实时超光谱成像芯片将单点光谱仪的尺寸缩小到百微米以下，空间分辨率超过15万光谱像素，即在0.5 cm2芯片上集成了15万个微型光谱仪，可快速获得每个像素点的光谱，工作谱宽450~750 nm，分辨率高达0.8nm。研究团队与清华大学生物医学工程系洪波教授团队合作，基于该实时超光谱成像芯片首次测量了活体大鼠脑部血红蛋白及其衍生物的特征光谱的动态变化，时间分辨率高达30Hz。通过实时光谱成像，可获取大鼠脑部不同位置的动态光谱变化情况，结合血红蛋白的特征吸收峰，分析获取对应血管区和非血管区血红蛋白含量的变化情况，并可利用神经血氧耦合的机制得出脑部神经元的活跃状态。图1. 国际首款实时超光谱成像芯片及其性能指标团队进一步提出了一种自由形状超原子（Freeform shaped meta-atoms）的超表面设计方法，突破了规则形状的超表面设计限制，研制出基于自由形状超原子的超表面光谱成像芯片，取得了更优异的光谱成像性能（图2）。对宽谱光和窄谱光进行测量重建的结果表明，窄谱光重建的中心波长偏差标准差仅为0.024 nm。24色标准色卡的平均光谱重建保真度达到了98.78%。该研究工作进一步提升了超表面光谱成像芯片的性能，推动了未来光谱成像芯片的发展及其在实时传感领域的应用。图2. 基于自由形状超原子的超表面光谱成像芯片及其性能指标该项成果的实时超光谱成像芯片是微纳光电子与光谱技术的深度交叉融合，作为光谱技术的颠覆性进展，展示出在实时传感领域的巨大应用潜力，相关成果已进行产业化。上述研究成果以“基于可重构超表面的实时超光谱成像芯片及动态脑光谱获取”（Dynamic brain spectrum acquired by a real-time ultraspectral imaging chip with reconfigurable metasurfaces）为题在《光学设计》（Optica）发表。电子系2017级博士生熊健、博士后蔡旭升、副教授崔开宇为该论文的共同第一作者。崔开宇为论文的通讯作者。该工作得到了包括科技部重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划、北京市自然科学基金、北京量子信息前沿科学中心、北京量子信息科学研究院的支持。同时，研究成果还以“基于自由形状超原子超表面的超光谱成像”（Ultraspectral Imaging Based on Metasurfaces with Freeform Shaped Meta-Atoms）为题于期刊《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）发文。电子系2018级博士生杨家伟为该工作的第一作者。崔开宇副教授、黄翊东教授为论文的通讯作者。该工作得到了包括科技部重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划、北京市自然科学基金、北京量子信息前沿科学中心、北京量子信息科学研究院的支持。

安洲科技于2013年1月21日在首都师范大学资源环境与旅游学院举办了高光谱成像技术交流会，我司主要介绍了SOC公司在高光谱成像领域的卓越成就，并就SOC710VP便携式可见-近红外高光谱成像光谱仪与参会老师进行了详细的技术交流，首都师范大学参会老师对我公司的SOC710vp便携式可见-近红外高光谱成像光谱仪表现出很高的兴趣，表达了与我公司继续交流合作的意愿。 美国Surface Optics Corporation(SOC)成立于1978年，专门从事表面光学特征研究和表面光学仪器的开发。在过去三十多年里SOC公司一直和美国政府部门进行合作，并开发了一个广泛的用于各种材料的光学测量数据库。SOC的实验室光学仪器和高光谱分析工具已经获得卓越的国际声誉。 我公司代理美国SOC公司的SOC710VP便携式可见-近红外高光谱成像光谱仪可实现开箱即用，无需再进行系统集成和定标，其光谱范围为400~1000nm。SOC公司的SOC710VP便携式可见-近红外高光谱成像光谱仪可实时获取图谱合一的海量数据立方。数据立方同时包含了图像信息和光谱信息，图像每个像元都能产生一条完整而连续的光谱曲线。