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科技日报记者 张盖伦

走在大街上,想喝奶茶了?先别急,拿出你的手机,翻开摄像头,让微型光谱仪作业起来——它会告知你眼前这杯饮料的含糖量。

对,不要再诈骗自己了。当你的手机成了一个移动的食物检测光谱仪,你会发现许多甘旨食物的严酷本相——好吃,但胖人;美观,但不新鲜。

光谱仪还能检测出食物中的更多成分,比方有没有重金属残留。

当然,这样的微型光谱仪还没有面世,不过它的试验室产品现已出炉。

北京时刻9月6日,《科学》杂志宣布了一项最新研讨成果——首要由一根比人类头发千分之一还细的半导体纳米线组成的微型光谱仪,其巨细仅为市面上最小光谱仪的千分之一左右。

该研讨由我国、英国、芬兰等国科研人员协作完结。

去掉色散元件,从头界说光谱仪

光谱仪是什么?

仍是要说回到1666年,年青的牛顿,拿了面三棱镜,发现了太阳光的隐秘——看起来平铺直叙的太阳光被折射后是五颜六色的。

“这个试验为光谱仪的诞生播下了种子。” 论文榜首作者、剑桥大学石墨烯中心博士后、剑桥大学国王学院研讨员杨宗银介绍,现在大部分光谱仪的作业原理和牛顿的试验相似,也便是用棱镜或许光栅这种色散元件对入射光进行分光,然后在后方放置一个光勘探器阵列,来丈量不同光谱谱线的强度。

凭借光谱仪,可以快速进行食物成分的剖析。就拿牛奶来说,其含有的每种成分都有相应的光谱信号。水、乙醇和糖……它们的吸收光谱和拉曼光谱都不相同。因而,就能经过光谱了解牛奶的成分份额,还能知道它是否含有某些有害添加剂。“假如咱们在日常日子中能及时取得物质的光谱信息,对国际的了解也会得到极大丰厚。”论文的首要作者之一、上海理工大学副教授谷付星说。

不过,一般光谱仪都包括色散元件,体积能缩小的程度有限。而一旦缩小分光和勘探元件的规范,又会导致光谱仪的光谱分辨率、灵敏度和动态检测规模明显下降。

光谱仪的微型化,遇上了槛。

此次面世的光谱仪,则另辟蹊径,选用的是半导体纳米线。

杨宗银和谷付星还在浙江大学读书时,就一同发明晰在单根纳米线上调控带隙的技能,得到的纳米线在荧光显微镜下调查起来就像一道彩虹,很简单让人联想到牛顿三棱镜试验中的七五颜六色。

“沿着这个思路咱们开端探究用纳米线代替三棱镜,这样一来,就能把传统光学器材的规范缩小到纳米规范,可以在可穿戴设备等新式范畴进行运用。”杨宗银说。

用纳米线做光谱检测,需求精密加工。团队选用了和制造电脑芯片相似的工艺,在这种纳米线上加工出了光勘探器阵列,并运用各个勘探器对不同色彩光具有不同呼应的特性,经过逆问题的求解,从呼应函数方程组中重构出所需求丈量的光谱信息。

用五年时刻让它进入寻常百姓家

“我觉得这项技能的要害之一是五颜六色纳米线的制备操控。纳米线直径的粗细,各色彩成分的长度区间等要素,都会影响光谱仪的强度和灵敏度等特性。”谷付星告知科技日报记者,纳米线的成长是个难题,要在几十个微米长的线上准确调控成分十分困难,这个问题正在经过学习芯片规范工艺的方法来处理。“并且,假如要大规模出产,很难确保各个产品的一致性,咱们现在的处理办法是给每个器材做标定。”

根据需求丈量的光线波长规模,纳米线资料可以在多种半导体资料中挑选。假如能操控好条件,每次成长进程可以制备出不计其数根五颜六色纳米线,微型光谱仪的成本会适当低。

小、便携,不费钱,易推行,杨宗银说,它十分适宜终端顾客运用。他介绍,这一微型光谱仪与广泛运用的手机摄像体系具有杰出的兼容性,可规划成紧凑式光谱仪模块,让手机在摄影的一起,就能取得光谱信息。这也适当于把强壮的光谱剖析技能从试验室搬到了手掌上,让有害食物药品,在手机的镜头下“无处遁形”。

杨宗银泄漏,团队现已在请求微型光谱仪的专利。他们期望在这种光谱仪的基础上,开宣布一系列掩盖紫外到红外的微型光谱仪,用大约五年左右的时刻使微型光谱仪广泛运用到科研、出产以及日子中。

不过,若它真要运用到日常的食药范畴,还有两大难题要处理:一个是树立大规模食物药品的光谱数据库,这需求长时刻的堆集;另一个则是开发智能化、易上手的操作界面,究竟用户可无法自行解读光谱数据。

别的,它还有可能为癌症检测供给新思路。

杨宗银说,微型光谱仪可以对单个细胞进行扫描光谱成像。不同于以往的细胞成像技能,这样的光谱成像可以让图画中的每个像素都包括丰厚的光谱信息,然后可以剖析细胞每个部分的化学变化。“经过后续的开发,咱们还能将这种微型光谱仪注射到人体,实时监测人体健康状况。”

来历:科技日报 文中图片除注明外均来自网络

修改:张爽(实习)

审阅:管晶晶

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