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    儀器儀表 2018-12-26 14:08
    中國電工網訊:
        認識楊海峰教授是在一次學術會議上,吸引筆者注意的是他的工作落腳點在實際應用,這與大多數高校中的科研工作者有很大的不同。而在本次采訪中,楊海峰教授也多次強調,其目前的工作目標就是將自己的科研成果產業化,真正應用在實踐中。
     
        對于表面增強拉曼散射(SERS)的研究,中國目前大多還處于基礎科研階段,真正應用到實際案例的并不多。楊海峰說,如何找到SERS和應用端(比如拉曼儀器)的結合點至關重要,只有資本、儀器制造、解決方案構建、應用市場多方協同,拉曼光譜才可能早日真正走入生活,服務人民。
     
        日前,儀器信息網特別采訪了楊海峰教授,請他對SERS以及拉曼光譜應用研究的現狀、存在的問題、未來的發展等談談自己的看法。
        上海師范大學化學與材料科學學院楊海峰教授
     
        1997年,楊海峰是上海師范大學物理化學碩士研究生時,開始進行生物分子電極表面吸附行為的拉曼光譜電化學研究,在國內算是較早期在相關領域開展研究工作的;1998年10月到1999年10月,在日本京都教育大學物質科學部研修現代光譜分析,利用極端紫外K層激發-TOF技術研究生物小分子結構;2002年,進入湖南大學攻讀博士學位,師從俞汝勤院士、沈國勵教授和章宗穰教授,將光譜電化學、單分子自組裝和拉曼化學成像技術相結合,觀察多吸附位點單分子層在電極上的電化學調控行為。
     
        多方齊頭并進SERS研究是主攻
     
        據楊海峰介紹,其課題組團隊目前有7位教師,40多位研究生,學生自稱“拉曼無敵團隊”,來自分析化學、高分子材料、制藥過程控制技術等多個專業領域。基于學科交叉,課題組研究有較大的延展性,涉及表面光譜電化學;SERS探針在生物、醫學、食品和環境中的傳感應用;二維基底制備與化學成像及燃料電池等。以上四個方向中,目前的主攻方向是SERS探針構筑、二維基底制備及其分析應用研究。
        楊海峰教授課題組
     
        其中,SERS探針研究目標是實現現場快速傳感,主要應用于食品安全、環境監測等方面;二維基底研制的目標是開展化學成像,針對細胞和藥物的作用機理、細胞對環境應急反應等。楊海峰說,后者是他們目前剛開始做,當然分析手段不局限于拉曼光譜。
     
        從光譜電化學到拉曼探針;從電極處理到高穩定高靈敏SERS基底研制,楊海峰課題組取得了一系列的成果。特別是2008年到2012年之間,在SERS基底的合成及應用方面都取得了進展,與國家食品質量監督檢驗中心合作進行了農殘、塑化劑、烏洛托品、硫氫根、苯并芘、羅丹明B等一系列食品安全方面的檢測;楊海峰課題組還對SERS基底進行功能性拓展,開展了磁優化SERS技術的研究,實現了樣品的快速分離富集,對果蔬表面的農殘檢測靈敏度可達fmol級。談及這些工作時,楊海峰還提到一個個得意門生,朱璇、王娜、楊天溪、徐麗......對他們辛勤而有創新的工作給予肯定。
     
        磁優化SERS技術檢出唾液中痕量毒品代謝物
     
        對于一路走來的科研經歷,楊海峰回憶說,之前讀研和剛開始獨立研究階段,發文章會很開心,其中在湖南大學三年讀博期間就以第一作者發了6篇學術論文,獲得全國百篇優秀博士論文提名獎。在實驗室浸染久了,目標和興趣發生了變化,科研應該體現生產力,好的分析方法必須有實際應用,形成技術解決方案。
     
        沒有普適性SERS基底,不同分析對象就要針對性設計
     
        SERS技術是拉曼光譜領域發展最快的技術,實際應用已引起業界關注和期待,但基底普適性差、穩定性差、靈敏度低等瓶頸問題也很明顯,是大家普遍討論的話題和眾多研究的熱點。
     
        “當前,SERS基底大都用經典的方法合成,在實驗室短實驗周期內尚可使用,但實際應用時就有不穩定的問題。”楊海峰介紹說,“目前SERS基底真正在售的比較少,我們合成了長達18月穩定的基底,達到市售要求,但出貨率不高,問題是普適性不高,有些樣品SERS信號非常好,有些差強人意。”
     
        針對普適性這個目前業界難以解決的問題,楊海峰有自己的見解,他說,“原來我一直在考慮普適性的問題,但是現在觀念完全改變了,其實沒有普適性,必須有針對性。”所謂的針對性就是必須針對某個樣品,開發一個針對性的SERS基底,在實驗室里必須把科學問題和技術問題都搞清楚,在此基礎去構筑專一的SERS探針,并同時提供可行的整套的分析技術解決方案。
     
        “對于應用的要求,一是基底靈敏度高、穩定性好、選擇性好;二是基底要跟方法學及拉曼儀器再開發結合起來。”楊海峰舉例到,通常拉曼儀器用光纖探頭采樣,針對的是袋裝/瓶裝樣品,但是這種探頭接觸式不利于基于SERS基底的分析,儀器制造廠家要根據需求專門定制,針對性涉及各個方面。
     
        找準SERS基底和小型拉曼的結合點至關重要
     
        毋庸置疑,SERS快速檢測離不開小型拉曼光譜儀器的發展,反之,小型拉曼的市場生命力在一定程度上依賴于SERS基底的發展。比如,儀器越小型化,相應的性能如靈敏度就越差,這部分的損失完全可以靠SERS效應來彌補。
     
        “就現在局勢看,儀器‘走’得快,SERS基底‘走’得慢,SERS基底制備有進步但未達到期望的水平。如何將二者更好融合?找準SERS基底和小型拉曼的結合點至關重要!”楊海峰強調說,“大家不要把SERS技術和拉曼光譜儀混同起來,拉曼光譜儀早就有應用市場了,比如在制藥行業、毒品稽查方面應用都很成功,相關的儀器廠家在此領域所占份額也不少,但SERS技術還在困境里,靈敏度、穩定性、普適性或者選擇性,儀器定制化等問題解決依然在路上。”
     
        據悉,楊海峰曾花了三年時間來做SERS技術在唾液中或指紋里痕量精神藥物的分析應用,最后發現,單靠高校技術支撐是遠遠不充分的。“SERS基底研究和技術應用,即便我們做研究的很專業,但購買使用的用戶是不專業的,如何讓他們用好,我一直沒找到儀器和基底最佳的結合點。”
     
        楊海峰說,“非常期待SERS基底和小型拉曼光譜儀,在形成技術解決方案時,有技術公司早期參與,由它來牽頭進行技術產業化過程。只有產、學、研、儀器廠家,以及市場五方聯動,才有可能找到技術應用的途徑和出口;小型拉曼儀與SERS基底的完美結合,應用才能實實在在落地,才能進入家庭,才能發展成為POCT的基礎手段之一。”
     
        采訪中,楊海峰同時指出,拉曼光譜真要走向應用的話就要離開實驗室,走向社會。只是當前,很多單位買了儀器卻沒有用起來,究其原因是針對性的拉曼光譜分析解決方案還比較欠缺。對此,楊海峰說,在開發初期,儀器研發與解決方案提供方就要洽談融合在一起,最后應該沒有拉曼的概念,只有農殘分析儀、癌癥早期篩選儀、毒品檢測儀等。基于此,楊海峰呼吁儀器廠家和科研機構在儀器開發的早期就展開合作,一起尋找彼此的契合點。
     
        SERS落地開花一定需資本推動
     
        對于未來的市場前景,楊海峰看得更遠。據他介紹,現在走入家庭的血糖儀,已經產生了巨大的市場利潤,但是這屬于化學類別唯一成功的典范。“如果拉曼變成手機附件的一部分,變成玩具了,或許將是人類第一款能進入家庭的科學儀器,就可以解決大健康、食品安全的檢測、珠寶鑒定等很多讓現代的人們一直比較糾結的事情,拉曼可能是第一個真正走進大眾生活的‘高端’儀器。”楊海峰展望到。
     
        “當然,如果能實現如上的設想,SERS基底也會賣得很好,我們就可以開發出很多專用的探針。所以我現在的目標是,針對一個體系就開發一種探針,這個探針只測一樣東西,未來的前景非常大。”
     
        不過,前景是美好的,過程卻很現實。楊海峰說,SERS技術要成功最后一定要有資本的推動。資本、轉化、技術、目標應用市場,這四部分一定是成功故事的全部。
     
        “產業化和單純科研有差異大,一個方法從后臺要走到前臺應用,必須從產業化的角度來考慮原來所有技術方案的設計,包括每一個細節,溫度、濕度,甚至器皿,這些都是我們之前不曾考慮的。只有在資本推動下,工藝在每個細節上都從轉化角度考慮周全,科研將轉化作為目標,才能走對方向。”
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