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专访:中国地质大学安琪教授】自组装功能材料耕耘者

发布人: 发布时间:2021-09-29 文字:

导读

在北京卓立汉光分析仪器有限公司(简称卓立分析)、北京必创科技股份有限公司(简称必创科技)和北京怀柔仪器和传感器有限公司(简称怀柔仪器)联合举办的第二届“逐梦光电”国产分析仪器研制与应用研讨会暨高端分析仪器与传感器产业聚集发展论坛期间,由卓立汉光副总裁丁岳、卓立分析总经理张志涛、必创科技产品总监沈唯真、必创科技数据连接事业部总经理王锋、卓立汉光光电仪器事业中心总经理董磊等人采访了多位来自不同领域的科研工作者,与他们畅聊工作和科研,探讨国产分析仪器的发展现状,询问专家们对国产仪器的期许,并对“逐梦光电”研讨会的举办做了期许与建议。
首先让我们分享来自中国地质大学安琪老师的故事。柔中带刚,一方面是女性的温柔细腻,一方面是不乏男性的威严大气,安琪老师,以自己丰富的学识、多姿多彩的生活阅历为我们演绎了女性科学工作者的形象。严谨、认真、负责的个人操守贯穿安老师的生活和工作始终,很荣幸有机会和安老师做近距离接触。

畅聊科研工作,自组装结构大有可为

安琪老师的研究方向为自供能的组装结构。在组装结构里面有两个基本单元,一部分是具有压电介电功能的单元,能够把机械能转换成电能,提供电场。另一部分是能够表达功能的纳米粒子。通过把提供电能单元和功能纳米粒子结合起来,做成电场增强的复合组装材料,得到性能优异的人工组装体。

SERS技术是自供能组装结构的一个重要分支,该技术在常规SERS技术基础上施加电场,额外给了它一份能量,因此增强效率要高于常规SERS技术,具有高信噪比,谱峰信息丰富等优势。如,早期SERS模型结构是银纳米线组装体,具有高稳定性,它本身的电场增量效果一般为104左右,安老师课题组在施加电场之后,能实现在原有SERS稳定性的基础上,增强效率提高3~8倍。


当然,SERS技术若想投入到实际应用,仍有一些技术上的不足,一般来说,表面增强拉曼光谱存在一定的波动性,一般在20%左右。对于检测高灵敏度低浓度的样品,安老师课题组开发的自组装结构,并没有显著提高SERS技术本身的稳定性,施加的电场是来增加技术的灵敏度。在下一阶段,他们将致力于通过一些其他的组装方式,从组装形貌和电场适度匹配,来增加稳定性。

支持跨界合作,科研走向应用

自组装结构主要应用方向之一是SERS应用,卓立汉光研制了从科研级至手持式一系列拉曼光谱仪,各式各样的拉曼光谱仪可充分满足科研工作者及民生工业等群体使用。在采访期间,张志涛总经理为安老师分享了卓立汉光研制的手持式拉曼在海关、缉毒、食药环侦等领域的应用情况,并表示:“目前SERS技术结合手持式拉曼光谱仪在民生安全领域的应用越来越广泛,定性检测优势得到极大发挥,但是,定量检测仍是一个挑战,如在农药残留等应用方面,如何在一个低浓度小分子混合体系里检测出拉曼峰,实现定量鉴定?这对于基底的制备和解决方案的完善,提出了巨大挑战。”

面对SERS基底从科研走向应用,安老师提出自身见解。她首先对SERS技术的发展,尤其是面向实际应用场景的可能性做了充分肯定,而且越来越多的行业专家在持之以恒的投入研究热情。但是,安老师也提到:“在实际应用时不仅涉及到SERS基底制备技术,还与拉曼光谱仪、数据处理、数据库等息息相关,因此,想要把SERS投入到更广泛的实际应用中仍有一段路要走。”
谈到如何将自组装结构材料从科研走向应用,安老师也表示出,会考虑促成企业与高校的合作,在应用层面做更多的展开,“比如在食品安全、疾病检测大健康等方面,大家都期待着一项可以补充增益人眼视觉功能的技术出现,人眼能够看到的是一个物体的形貌颜色等特征,拉曼光谱技术能实时的让人看到物质的分子组成信息,非常具有社会意义。”

软件开发成为国产设备差异化进阶空间

在交流过程中,张志涛总经理表述,对于企业来说,一直是在积累核心技术,比如光谱仪,随着基础部件制造能力的提高,再加上多年与行业内专家的需求对接,卓立汉光也致力于研发光谱系统,包括自主研制的荧光、拉曼、光电探测、高光谱等设备,一直对标国外进口设备。在仪器使用者角度,张志涛总经理特地请教安老师,如何看待国产仪器与国外进口仪器的主要差异?
安老师表示:“主要的差异是软件。软件是人机交互的,对于算法的需求很高。一些进口设备可以实时检测多位点,包括在采集二维谱图时,可以实现边采谱边阅读单谱信息,过程流畅。国产仪器在这方面仍需努力。”

对此,张志涛总经理也表达了认同:“软件的确是国产科学仪器的短板,依赖于经验的积累和研发的投入。卓立汉光也在软件方面投入了更多精力,聘请资深工程师,指导软件架构的塑造,从使用语言、维护升级和用户端体验等多角度塑造出更符合用户需求的软件。”



评学术研讨会,期待思想碰撞

作为会议主办方,卓立分析一直在思考明年会议如何做聚焦,一方面可以从应用层面聚焦,另一方面也可以是仪器上的聚焦,同时特别希望有这样一个平台,既是给科研工作者交流的平台,也是给仪器厂商了解用户声音的平台,希望能够更多的站在用户角度,了解他们对于企业的期望是什么,聆听更多的声音。基于此,张志涛总经理请安老师就自身感触出发,对未来研讨会聚焦某一方向是否会更加完善提出宝贵建议。

安老师也表达了对会议的支持,愿意继续参加卓立汉光举办的会议,“因为这是一个从仪器的独特视角,把做基础研究、应用科研工作者与仪器厂商集合起来,不同背景的学者来交流所碰撞出来的一些思想的收获,这是非常重要的社会意义,也是和其他的学术会议非常不同的一点。创新的本质要有一个多元的融合,像一个蓄水池一样,汇聚各方声音,促进创新的进程。”同时,安老师也表达了对国产仪器厂商的支持:“从性价比、售前、售后的实时支持等方面来讲,国产仪器的支持都是给力的。”
与安老师的交流是一场思想的碰撞,资深的科研工作经历,使安老师在阐述个人见解时总能直面核心。很荣幸有这次交流机会,也祝福安老师的工作通过辛勤耕耘、细微积累,收获科研的突破。


安琪老师简介


安琪,女,中国地质大学(北京)材料科学与工程学院教授。2010年于清华大学获得博士学位,2012年进入中国地质大学(北京)材料科学与工程学院工作。主要从事纳米功能材料、功能界面材料的研究。2019年获得国家自然科学基金委优秀青年基金。先后入选“北京市优秀人才”和“北京市科技新星”计划。在Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等期刊上发表学术论文50余篇,获发明 5项 。