【儀表網(wǎng) 行業(yè)聚焦點(diǎn)】中性脂肪即甘油三酯，是高血壓和心臟病的主要原因。近日，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所宣布，該所開(kāi)發(fā)出一種新裝置，只需用近紅外光照射指尖幾秒鐘，就能檢測(cè)出血液里中性脂肪的濃度。
研究人員注意到，波長(zhǎng)介于可見(jiàn)光和紅外線之間的近紅外光具有不容易被人體吸收的性質(zhì)，因此通過(guò)向手指照射近紅外光，然后分析透過(guò)手指的光，就能檢測(cè)血液內(nèi)中性脂肪的濃度。
現(xiàn)有的近紅外光測(cè)試裝置靈敏度很低，為確保透過(guò)身體組織的光的強(qiáng)度，需要長(zhǎng)時(shí)間照射，既不方便又有安全問(wèn)題。新的分光裝置能在更廣范圍內(nèi)收集很微弱的光，其靈敏度達(dá)到以前水平的1000倍，從而能進(jìn)行快速準(zhǔn)確的檢測(cè)。
這種新裝置只有約3公斤重，便于攜帶，將手指放在照射近紅外光的光纖頂端，裝置就會(huì)在顯示器上顯示出檢測(cè)值。在利用試制的新裝置對(duì)就餐前后血液中的中性脂肪進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)就餐后人體血液中的中性脂肪開(kāi)始升高，約4小時(shí)后達(dá)到峰值。研究人員通過(guò)將檢測(cè)值分為5個(gè)階段，來(lái)顯示脂肪的攝取狀況。
近紅外光譜(NIR)分析技術(shù)是分析化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù)，越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外分析專家的注目，在分析化學(xué)領(lǐng)域被譽(yù)為分析“巨人”，它的出現(xiàn)可以說(shuō)帶來(lái)了又一次分析技術(shù)的革命。日本近紅外技術(shù)發(fā)展早于我國(guó)，日本近紅外技術(shù)的發(fā)展歷程以及現(xiàn)狀如何呢?日本近紅外技術(shù)的發(fā)展過(guò)程對(duì)我國(guó)近紅外技術(shù)的發(fā)展有何可借鑒的經(jīng)驗(yàn)?zāi)?中日兩國(guó)在近紅外領(lǐng)域可有哪些合作呢?
日本近紅外技術(shù)起源于美國(guó)
說(shuō)起日本近紅外技術(shù)的起源，河野教授侃侃而談：“上世紀(jì)80年代初期，日本近紅外技術(shù)的開(kāi)創(chuàng)者巖本睦夫在美國(guó)近紅外鼻祖KarlNorris的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)了一年，回國(guó)后開(kāi)啟了日本近紅外技術(shù)的研究工作。巖本教授是日本食品綜合研究所非破壞檢測(cè)研究室(注：我國(guó)稱無(wú)損研究室)的任主任，因此非破壞檢測(cè)研究室也是日本近紅外技術(shù)的發(fā)祥地。為了便于日本近紅外技術(shù)的交流與傳播，巖本教授于1985年創(chuàng)建了一個(gè)論壇——‘無(wú)損檢測(cè)技術(shù)論壇’，此論壇每年召開(kāi)一次，至今已召開(kāi)了將近30屆了。”巖本教授退休后，河野教授接替巖本教授成為無(wú)損檢測(cè)研究室第二任主任，目前河野教授也已從此研究室退休，并有了新的接班人。
近紅外技術(shù)是一種二次檢測(cè)技術(shù)，這決定了大多數(shù)情況下近紅外技術(shù)不太適合作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)施，因此目前近紅外技術(shù)多用于企業(yè)內(nèi)部的質(zhì)量控制。首先采用近紅外技術(shù)對(duì)原材料、生產(chǎn)中間品、產(chǎn)品等做檢測(cè)，如果檢測(cè)結(jié)果符合要求，再按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取樣進(jìn)行檢測(cè)。在日本，近紅外技術(shù)應(yīng)用廣的領(lǐng)域也是工廠的內(nèi)部質(zhì)量控制。河野教授提到，日本某醬油廠采用近紅外技術(shù)測(cè)定醬油的全氮、鹽分、乙醇等指標(biāo)來(lái)控制醬油的品質(zhì)。
“與美國(guó)近紅外技術(shù)應(yīng)用從農(nóng)業(yè)領(lǐng)域到食品領(lǐng)域的發(fā)展路徑基本相同，日本近紅外技術(shù)的應(yīng)用也是先從農(nóng)業(yè)開(kāi)始，后來(lái)發(fā)展到食品行業(yè)，現(xiàn)在逐步擴(kuò)展到化工、纖維等領(lǐng)域，將來(lái)制藥可能成為日本近紅外應(yīng)用發(fā)展的一個(gè)重要方向。”河野教授說(shuō)。
基礎(chǔ)研究是日本近紅外技術(shù)研究熱點(diǎn)
據(jù)河野教授介紹，與其他技術(shù)不同，近紅外技術(shù)一開(kāi)始就是一項(xiàng)應(yīng)用型的技術(shù)，而隨著近紅外技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，很多研究者發(fā)現(xiàn)近紅外技術(shù)的基礎(chǔ)研究還很不足，因此有一些研究者開(kāi)始對(duì)近紅外技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)研究。
“我的前輩巖本教授現(xiàn)在開(kāi)始研究水。農(nóng)產(chǎn)品中大部分都是水，而且水對(duì)近紅外吸收很強(qiáng)烈，因此水在近紅外技術(shù)的基礎(chǔ)研究中很重要。但是現(xiàn)在對(duì)水的了解還不是很清楚，因此很多近紅外技術(shù)的基礎(chǔ)研究者開(kāi)始關(guān)注水在近紅外技術(shù)中的作用”。
還有一個(gè)問(wèn)題是，現(xiàn)在很多近紅外技術(shù)的研究是很好的，但是應(yīng)用起來(lái)卻很困難，主要原因在于精度不夠，而精度不夠的原因在于對(duì)精度的管理還沒(méi)有形成一個(gè)系統(tǒng)。河野教授比喻說(shuō)，就像我們的計(jì)算機(jī)有一個(gè)CPU，CPU有一個(gè)WINDOWS系統(tǒng)，WINDOWS系統(tǒng)就像一個(gè)大舞臺(tái)，舞臺(tái)上面搭建了office等很多的應(yīng)用軟件。而近紅外技術(shù)的這個(gè)大舞臺(tái)還沒(méi)有搭建好，因此雖然可能已有很多實(shí)際應(yīng)用，但有時(shí)候會(huì)顯得薄弱，后續(xù)管理肯定會(huì)有些問(wèn)題。總而言之，近紅外技術(shù)的基礎(chǔ)研究還不夠扎實(shí)。
近紅外技術(shù)的挑戰(zhàn)是無(wú)創(chuàng)檢測(cè)和儀器小型化
說(shuō)起近紅外技術(shù)目前大的挑戰(zhàn)，兩位教授一致認(rèn)為，醫(yī)學(xué)上利用近紅外技術(shù)進(jìn)行無(wú)創(chuàng)檢測(cè)是一個(gè)重要的課題。
“近紅外技術(shù)因其對(duì)人體傷害小而被認(rèn)為是一項(xiàng)有優(yōu)勢(shì)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)，尤其是對(duì)虛弱的個(gè)體如嬰兒等和較敏感的人體部位如腦部等，如能應(yīng)用近紅外技術(shù)，則會(huì)大大提高醫(yī)學(xué)檢測(cè)的安全性”，韓教授說(shuō)到。但目前，近紅外技術(shù)在人體健康檢測(cè)方面的研究還處于一個(gè)比較前期的狀態(tài)，雖然研究者很多，有些研究者甚至已開(kāi)展研究十幾年了，但是還不能形成定論。
“主要難點(diǎn)在于檢測(cè)成分含量低，樣品差異性大。以血糖檢測(cè)為例，首先人體血糖含量很低，而檢測(cè)方法都有自己的檢測(cè)限，這就對(duì)近紅外檢測(cè)方法提出很高的要求;其次，人體差異性很大，如皮膚厚度不同等，導(dǎo)致模型比較難建立，而且針對(duì)某個(gè)人建立的模型，對(duì)其他人同樣指標(biāo)的檢測(cè)就不適用。”河野教授解釋說(shuō)。
近紅外技術(shù)的另一大發(fā)展需求是儀器小型化。河野教授舉例說(shuō)，利用近紅外儀器檢測(cè)水果的成熟度在日本應(yīng)用是比較廣泛的，但是現(xiàn)在的便攜式儀器還是稍嫌笨重，使用不方便。如儀器能小到僅有一支鋼筆的體積，則將大大提高此類儀器使用的便捷性，可方便的檢測(cè)果樹(shù)上水果的成熟度。
還有一個(gè)應(yīng)用方向要求近紅外儀器小型化。隨著人們對(duì)自身了解需求的增加，一些小巧的科學(xué)儀器不斷面市，進(jìn)入人們的日常生活中。而皮膚老化原因的檢測(cè)可能會(huì)受到大眾的歡迎。皮膚老化主要是兩個(gè)原因，一是皮膚的自然老化，一是紫外線對(duì)皮膚的傷害造成的皮膚老化。利用近紅外技術(shù)可以判斷皮膚老化是哪種原因造成的，而此類儀器要真正得到大眾的接受，則需要近紅外儀器足夠小巧。
專注于模型建立
談到自己的研究課題，河野教授說(shuō)，“除了前面提到的人體血糖檢測(cè)，我目前主要研究的課題還包括如何快速去除溫度對(duì)近紅外結(jié)果的影響和建立通用型的模型。”
溫度對(duì)近紅外測(cè)量結(jié)果有很大影響，而一般的處理方式是將溫度作為一個(gè)變量來(lái)建立模型。河野教授介紹說(shuō)，目前其研究團(tuán)隊(duì)正尋找一種快速去除溫度對(duì)近紅外結(jié)果影響的方法，即通過(guò)找到對(duì)溫度比較敏感的波段，在模型建立時(shí)將此波段去除，從而快速去除溫度對(duì)近紅外結(jié)果的影響。
以水果為例，在近紅外技術(shù)應(yīng)用于水果檢測(cè)時(shí)，一種水果需要一個(gè)模型，有時(shí)候同種水果的不同品種也需要不同的模型。有些水果的測(cè)量方式不同，如橘子一般用透射模式來(lái)測(cè)量，桃子一般用反射模式來(lái)測(cè)量，這樣的水果很難建立通用型的模型。但是有些水果測(cè)量方式相同，如蘋(píng)果、梨等都采用的是反射模式，如果能建立通用型的模型，則近紅外技術(shù)應(yīng)用將更加方便。目前，河野教授也正在致力于這方面的研究。
中國(guó)成為近紅外儀器廠商布局亞洲的中心
提到近紅外技術(shù)在亞洲的發(fā)展情況，河野教授說(shuō)“中國(guó)將是世界近紅外生產(chǎn)廠商未來(lái)業(yè)務(wù)布局的中心”。在亞洲地區(qū)，近紅外技術(shù)發(fā)展較好的國(guó)家有日本、中國(guó)、韓國(guó)、泰國(guó)四國(guó)，有定期技術(shù)交流的是日本(每年一次技術(shù)交流會(huì))、中國(guó)(兩年一次技術(shù)交流會(huì))，而且亞洲近紅外技術(shù)大會(huì)是在中國(guó)、韓國(guó)、日本、泰國(guó)輪流召開(kāi)。近紅外處于發(fā)展期，對(duì)儀器需求較大的國(guó)家有中國(guó)、泰國(guó)、馬來(lái)西亞、菲律賓等。因此“各個(gè)近紅外廠家綜合考慮技術(shù)發(fā)展和技術(shù)需求，在亞洲布局中均以中國(guó)為中心，然后開(kāi)始向周邊國(guó)家輻射。因此中國(guó)在亞洲近紅外技術(shù)發(fā)展中占有重要位置”。
研究小組準(zhǔn)備推動(dòng)醫(yī)療機(jī)構(gòu)明年開(kāi)始采用這種新裝置，并準(zhǔn)備繼續(xù)開(kāi)發(fā)面向家庭的相關(guān)產(chǎn)品。
