在宾夕法尼亚州费城Pittcon 2023展会上进行的这次采访中，我们采访了光热光谱公司产品管理和营销总监Mustafa Kansiz博士，了解了O-PTIR，一种新的和替代性的红外光谱方法。

请您介绍一下您自己和您目前在光热光谱公司的角色？

我的名字是Mustafa Kansiz，我是光热光谱公司的产品管理和营销总监。我使用红外光谱已经超过四分之一世纪了。

我拥有澳大利亚墨尔本莫纳什大学的博士学位。博士毕业后，我一直在做红外（IR）工作。我曾在不同的仪器公司担任红外光谱职位，担任产品管理职务，也从事过销售工作，我还做过一段时间的研发科学家。几年前，我很幸运地偶然发现了这个职位，现在我在这里已经工作了四年多。

什么是光学光热红外？
 

光学光热红外（O-PTIR）是一种新的和替代性的红外光谱方法。红外光谱学已经有100年的历史了，有分散式和（傅里叶变换红外光谱）傅里叶变换红外光谱。也有新兴的（量子级联激光器）基于QCL的成像技术。

2017年，我们推出了一种新的红外光谱方法--O-PTIR。它仍然可以生成红外光谱和图像，但其方式非常不同。

我认为这些是直接技术，即红外线与样品相互作用，你通过红外光进行检测。这种方法有几个缺点，我们将讨论这些缺点。
O-PTIR技术是间接的，我们使用量子级联激光器在红外光谱中激发样品，但我们通过绿色探测激光束间接地测量表面。这提供了一系列的优势。这是另一种进行红外光谱分析的方法，克服了几十年来该领域从业者所面临的许多传统问题。在这次采访中，我将提到FTIR和QCL这些更传统的技术。

传统的红外光谱学的主要局限性是什么？
 

传统的红外光谱是使用FTIRs和其中一些新兴的QCL技术进行的。它们的局限性在于它们只使用长红外波长。由于使用的是长波长，这里的主要限制是空间分辨率。你只能测量与中红外区域所使用的光的波长大致一样小的东西。这在实践中是10、15或20微米的数量级。因为你使用的是显微镜，你想看小东西，但你面临着这种波长限制或衍射限制。

我们通过不使用红外测量来克服这个问题。我们用红外线刺激它，但通过使用532纳米的绿色探针激光器的二次光束进行探测和检测。它比大多数红外波长小20倍，因此在红外空间分辨率方面比传统的FTIR/QCL仪器提高了20倍。

这就克服了空间分辨率的限制。有人说它突破了红外线的极限，但它只是改变了衍射极限的尺度。衍射仍然被限制在大约半微米的绿点上。

传统的红外（FTIR/QCL）在工作反射模式方面非常差，产生的光谱质量很差。因此，用户常常不得不在透射模式下工作，所以你必须薄薄地切开样品，这可能是一个挑战。你经常不得不用一种叫做ATR的接触技术来工作，但这需要研究人员接触样品。这就带来了污染问题，有损坏样品和/或ATR晶体的风险。

O-PTIR在反射模式下工作，但我们生成的数据看起来就像用FTIR的透射模式测量收集的一样。它完全可以与现有的傅立叶红外数据库进行比较和兼容。

我们克服的传统红外的另一个主要问题是分散散射的伪影。任何使用反射模式或透射模式测量组织和细胞的红外线的人都会知道，这些伪影发生在组织、颗粒或微塑料的边缘。

因为红外线的波长很宽且分散，它们与各种颗粒的形状、大小和表面拓扑结构有不同的互动。这意味着你有这种与波长有关的散射效应反映在光谱中--这就是所谓的米氏散射。

使用这些传统技术，你产生的光谱不仅反映了化学成分。通常情况下，光谱中含有相当多的样品形态，可以改变你解释光谱的方式，使传统的光谱解释和化学鉴定变得困难甚至不可能。我们的方法是，我们收集的红外光谱不受任何分散散射（米氏散射）的影响，因此，光谱更具有可重复性和稳定性，只反映化学成分，而不是样品形态或颗粒形状和大小。

O-PTIR的应用有哪些？
 

红外光谱是一种几乎可以在任何地方使用的主力技术，但你必须把重点放在某个地方。我们的重点是我们独特的优势所在，这主要是在生命科学方面。

我们已经做得很好，以出版物领域作为衡量标准。如果有人访问我们的网站，他们会看到，我们的出版物有一个很好的轨迹。这很好地验证了对学术界的吸收和其价值。

对我来说，生命科学都是关于细胞和组织的。这些可能是哺乳动物的细胞，真核细胞，或细菌。现在正在发生一些好的工作，我们可以对单个细菌进行成像和测量红外。细胞、组织，甚至是活细胞成像都可以在水中用O-PTIR完成。

微塑料是另一个新兴领域，尽管它已经存在了一段时间，但仍有很多公众兴趣和研究资金投入其中。传统的红外光谱仅限于10到20微米的颗粒大小，而使用O-PTIR，我们可以在<500纳米的大小，我们还可以对这些微小的颗粒进行同步拉曼，以获得更彻底的样品特征。

文献告诉我们，与生物相关的、具有潜在危险性的颗粒尺寸远远低于10微米，甚至可能低于1微米。现在，这些是我们实际上可以独特测量的颗粒。这现在在微塑料研究界引起了很大的兴趣。

图1：顶部，各种尺寸的小PS珠子的光学图像。中间，来自500纳米PS小珠的相应O-PTIR光谱。底部，来自一个大小约为4µm的2µm珠子群的光谱。来自单个500纳米的珠子或2微米的珠子群的红外光谱看起来都是一样的。这些光谱是原始的，没有经过过滤。

第三是半导体和电子领域的故障分析。导致生产线上出现问题的黑点。事实上，我们可以进入那里，以反射模式测量它，而不接触它，这意味着我们得到一个高质量的光谱，你可以根据现有的数据库进行搜索。这又回到了光谱与传统红外的兼容性问题上。我们生成的光谱是完全兼容的。

你们的同步红外和拉曼显微镜和成像系统有什么优势？
 

我称同步红外+拉曼为振动光谱学的圣杯。我是一个老派的振动傅立叶变换红外的人。但时至今日，坐在那里收集红外+拉曼光谱，看到红外和拉曼光谱同时出现，是相当令人印象深刻的。

我们教导人们，红外和拉曼是互补的。在红外线中强的东西在拉曼中是弱的，反之亦然。但这些也是确认性的。这在微塑料甚至法医应用中是个大问题，在那里你经常需要一个备份或辅助技术。

我们已经与Wiley合作，我们可以同时搜索和拍摄红外和拉曼光谱，我们使用他们独特的搜索引擎也可以同时搜索红外和拉曼光谱。现在我们可以在一个轴上画出红外命中质量指数的二维图，另一个轴上画出拉曼命中质量指数。右上角的象限是最佳结果的地方（红外和拉曼匹配质量都很高）。

你们的技术对工业界和学术界都会产生什么影响？
学术界正在进行许多关于神经退行性疾病的工作，如阿尔茨海默病、帕金森病、哈钦森病等等。这些都是围绕着蛋白质的错误折叠而进行的。事实证明，红外线对于研究蛋白质二级结构和蛋白质错误折叠是非常好的。

已经做了很多工作，在空间上定位这种错误折叠发生的地方和发生的错误折叠类型。在学术领域，它无疑是由生命科学和一点点微塑料所驱动的。

在工业方面，它实际上是关于故障分析和弄清楚那些微小的黑点是什么。

目前，亚微米红外光谱学的挑战是什么？
我们使用亚微米技术，它是一个微小的点。你有一个大的图像和一个大的测量视场，问题是，我们在哪里测量？我们已经试图通过为用户提供指导来使其易于使用。

我们一直在使用荧光来达到这个目的。我们开发的新功能之一是荧光或同位荧光O-PTIR。

图2：组织样本染色（Amytracker 630），以显示β-淀粉样蛋白聚集物的存在。在荧光热点上和非荧光热点上收集的光谱显示了在1631cm-1处的强光谱特征，这是蛋白质β片结构的特征。

我们不仅同时做红外和拉曼，而且还做荧光宽场成像。它已经成为一个真正的多模式显微镜，其想法是荧光图像将指导用户在哪里测量红外。它有助于解决老式的大海捞针问题。

随着荧光成像的整合，现在它已经真正与生命科学领域的传统工作流程相吻合，因为我们想进入生命科学领域。在生命科学领域获得采用的最好方法是与他们已经做的事情保持一致。

你不希望他们改变他们的工作流程或改变他们的基质。我们可以完全采用他们今天所做的，把同样的组织和细胞荧光标记在他们的玻璃显微镜载玻片上，并把它放入我们的系统。
我们可以生成这些美丽的荧光图像。这可以指导你要在哪里进行测量。我之前举了神经退行性疾病的例子。你可以将这些蛋白质标记为错误折叠的聚集体，并在荧光中看到它们。

这意味着，虽然你不能在可见区看到，但你可以进入红外线，并产生荧光所缺乏的化学信息（如蛋白质二级结构）。我们想找到带来化学信息并为生命科学研究者增加价值的方法。我认为这是一个很好的协同配合。

您现在正在从事什么工作，您对此感到特别兴奋？
 

这是使生命科学的转变更容易管理和增加价值。我们正在不断提高分辨率。几个月前我们发布了一个新的仪器版本，几乎将我们的分辨率提高了一倍。我们现在已经从亚微米到亚500纳米了。对于从事生命科学的人来说，这真的很有用。

我们正在不断提高速度和使用的便利性。由于生命科学是我们的最终目标，我们希望它成为一个简单的工具。你不应该是一个光谱学家、一个仪器专家或一个激光专家才能够解决这个问题。非常令人鼓舞的是，我们得到的反馈说，这个软件很容易使用。

光热光谱学公司如何努力克服目前亚微米红外光谱学的挑战？
当涉及到微塑料时，所有的仪器都有一个挑战，那就是定位颗粒，然后能够自动测量它们。这往往是一个限制速度和费力的步骤。

我们将介绍一种工具，使用可见的图像来定位这些颗粒和微塑料。在你的视野里可能有几十或几百个。该软件将自动定位这些颗粒并驱动系统到这些颗粒。然后，该系统将自动测量、确定尺寸、特征和识别这些颗粒。

来到费城的Pittcon 2023展会，感觉如何？
 

我已经做了很久了，这是我第一次参加Pittcon。在过去的10年或20年里，我总是听说Pittcon。由于各种原因，我从未设法来到这里。但现在我在这里，我可以看到所有的嗡嗡声是怎么回事。这是一种伟大的氛围。

到目前为止，我所参加的会谈在科学上具有挑战性，令人激动。我们已经得到了我们的展位，并且有一些惊人的流量。我也期待着到处走走，看看其他人在做什么。