世界最小光譜儀問世 手機一掃可檢測出食物新鮮度和食品藥品成分

       美國《科學》雜志近日發(fā)表了一項科研成果——由一根比人類頭發(fā)千分之一還細的半導體納米線組成的微型光譜儀。據(jù)介紹，該光譜儀大小僅為市面上最小光譜儀的千分之一，可被集成到手機上，用手機一掃就可以檢測出食物的新鮮度、食品藥品的成分，還可用于藝術品的鑒定。


“該光譜儀的最大優(yōu)勢是體積小容易攜帶，成本低容易推廣，所以非常適合終端消費者使用，比如把它集成到手機上，可以隨時隨地對食品藥品進行檢測，這樣可以減輕監(jiān)管部門的壓力，也讓大眾更加放心消費?！闭撐牡牡谝蛔髡摺虼髮W石墨烯中心博士后楊宗銀接受中國質量報記者采訪時說道。


據(jù)悉，這一科研成果由中國、英國、芬蘭等國科研工作者合作完成。來自上海理工大學、浙江大學、南京大學、上海交通大學、北京大學等國內(nèi)高校的眾多科研工作者都參與其中。


據(jù)介紹，光譜儀可以檢測光譜中不同譜線強度，通過對光譜的測量，可以用來分析物體中的化學成分，從而用作對空氣污染、食品衛(wèi)生、農(nóng)作物生長、人體健康狀況的檢測工具，在科研和工業(yè)生產(chǎn)中扮演著極為重要的角色。


“光譜儀的微型化是目前科技界面臨的一項技術挑戰(zhàn)?！睏钭阢y透露，目前大部分光譜儀仍需要用到棱鏡或光柵之類的分光元件。這種光譜儀體積龐大已無法滿足日益發(fā)展的光譜應用技術的需求，但是減小分光和探測元件的尺寸將導致光譜儀的光譜分辨率、靈敏度及動態(tài)檢測范圍顯著下降。


楊宗銀和合作團隊另辟蹊徑，用一種帶隙漸變的特殊納米線替代了傳統(tǒng)光譜儀中的分光和探測元件，采用和制作電腦芯片類似的工藝，在這種納米線上加工出了光探測器陣列。他們利用各個探測器對不同顏色光具有不同響應的特性，通過逆向求解，從響應函數(shù)方程組中重構出所需要測量的光譜信息。“我們沿長度方向對納米線的組分進行了調控，這樣可以把傳統(tǒng)光學器件的尺寸縮小到納米尺度，使這些器件在可穿戴設備等新興領域中找到應用?！彼f。


上海理工大學副教授、博士生導師谷付星是論文的共同作者之一。他和楊宗銀在浙江大學求學期間，已經(jīng)發(fā)明了在單根納米線上調控帶隙的技術，“普通光譜儀都包含色散原件，這是很核心的器件，我們研發(fā)取得突破后，使用單根納米線就可以實現(xiàn)顏色分辨”。


谷付星說，每個物質都會有相應的光譜信號，如水、乙醇、糖吸收光譜、熒光、拉曼光譜的特性都不一樣，據(jù)此可以確定牛奶的成分，分辨糖分高低、含水量多少以及是否含有三聚氰胺等。


據(jù)了解，目前研究團隊已經(jīng)在申請該微型光譜儀的專利。他們希望在這種光譜儀的基礎上開發(fā)出一系列覆蓋紫外到紅外的微型光譜儀，用大概5年左右的時間使微型光譜儀廣泛應用到科研、生產(chǎn)以及生活中。


“我們研發(fā)的微型光譜儀與廣泛使用的手機攝像系統(tǒng)具有良好的兼容性，可設計成緊湊式光譜儀模塊，使手機具備光譜探測能力，把強大的光譜分析技術從實驗室搬到手掌上，方便在生活中測量食物、皮膚的光譜信息，從而判斷食品安全以及身體健康程度，使得光譜檢測技術有望走進大眾日常生活中。”楊宗銀說，該技術目前應用于食藥領域的瓶頸之一是缺乏大量的光譜數(shù)據(jù)庫，“這需要很長的時間來積累和實現(xiàn)?！彼f。