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新民晚報(bào)訊（記者 郜陽）微型光譜儀能有多迷你？由我國科學(xué)家參與的一項(xiàng)科研成果給出了答案——由一根比人類頭發(fā)千分之一還細(xì)的半導(dǎo)體納米線組成的微型光譜儀，其大小僅為市面上最小光譜儀的千分之一。它可被集成到手機(jī)上，只要用手機(jī)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(shù)品的鑒定。

這一科研成果由中國、英國、芬蘭等國科研工作者合作完成。來自上海交通大學(xué)、上海理工大學(xué)、浙江大學(xué)、南京大學(xué)、北京大學(xué)等國內(nèi)高校的科研工作者參與其中。

據(jù)介紹乙醇探測器，17世紀(jì)，牛頓發(fā)現(xiàn)太陽光通過棱鏡的折射后可觀察到彩色。這個(gè)色散實(shí)驗(yàn)推動(dòng)了光譜儀的誕生。光譜儀可以檢測光譜中不同譜線強(qiáng)度，比如可以測出陽光的七彩色中每種顏色光的亮度。通過對(duì)光譜的測量有毒氣體報(bào)警器，可以幫助人們獲知大到幾百萬光年外的星系活動(dòng)，小到納米尺度的分子結(jié)構(gòu)。還可以用來分析物體中的化學(xué)成分，從而用作對(duì)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)中仍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(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。”劍橋大學(xué)石墨烯中心博士后楊宗銀說，目前大部分光譜儀的工作原理仍和牛頓的實(shí)驗(yàn)相似，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(yīng)用技術(shù)的需求。但是減小分光和探測元件的尺寸將導(dǎo)致光譜儀的光譜分辨率、靈敏度及動(dòng)態(tài)檢測范圍顯著下降，

楊宗銀和合作團(tuán)隊(duì)介紹另辟蹊徑，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(gè)探測器對(duì)不同顏色光具有不同響應(yīng)的特性，通過逆問題的求解，從響應(yīng)函數(shù)方程組中重構(gòu)出所需要測量的光譜信息。

“我們沿長度方向?qū){米線的組分進(jìn)行了調(diào)控，得到的納米線在熒光顯微鏡下觀察就像一道彩虹，很容易讓人聯(lián)想到牛頓三棱鏡實(shí)驗(yàn)中的七彩色，沿著這個(gè)思路我們開始探索用納米線替代三棱鏡，這樣可以把傳統(tǒng)光學(xué)器件的尺寸縮小到納米尺度，使這些器件在可穿戴設(shè)備等新興領(lǐng)域中找到應(yīng)用?！睏钭阢y告訴記者。

上海理工大學(xué)副教授、博士生導(dǎo)師谷付星是項(xiàng)目參與者之一。他和楊宗銀在浙江大學(xué)求學(xué)期間，已經(jīng)發(fā)明了在單根納米線上調(diào)控帶隙的技術(shù)，“普通光譜儀都包含色散原件。這個(gè)是很核心的器件。但是我們這項(xiàng)工作突破了這個(gè)要求。使用單根納米線就可以實(shí)現(xiàn)顏色分辨。”

谷付星說乙醇探測器，每個(gè)物質(zhì)都會(huì)有相應(yīng)的光譜信號(hào)，如水，乙醇，糖的吸收光譜，熒光、拉曼光譜都不一樣。據(jù)此可以確定牛奶的成分，看看哪杯的糖分高低，含水量多少，及是否含有三聚氰胺等。如果我們?cè)谌粘Ｉ钪心芗皶r(shí)獲得物質(zhì)的光譜信息將會(huì)很大豐富我們的生活和世界。

據(jù)了解，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在申請(qǐng)這個(gè)微型光譜儀的專利。他們希望在這種光譜儀的基礎(chǔ)上開發(fā)出一系列覆蓋紫外到紅外的微型光譜儀乙醇探測器，用大概五年左右的時(shí)間使微光譜儀廣泛應(yīng)用到科研、生產(chǎn)以及生活中。

楊宗銀介紹，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的微型光譜儀與廣泛使用的手機(jī)攝像系統(tǒng)具有良好的兼容性，可設(shè)計(jì)成緊湊式光譜儀模塊使手機(jī)具備光譜探測能力，把強(qiáng)大的光譜分析技術(shù)從實(shí)驗(yàn)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(shù)有望走進(jìn)大眾日常生活中。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)還用微型光譜儀對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行掃描光譜成像，從而可以分析細(xì)胞每個(gè)部分的化學(xué)變化。通過后續(xù)的開發(fā)這種微型光譜儀將有望可以通過注射植入到人體，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測人體健康狀況一氧化碳報(bào)警器，為癌癥等疾病檢測提供一種新的方法。另外，近紅外光譜技術(shù)在食品藥物分析方面也可以有重要的應(yīng)用。

該研究成果于北京時(shí)間9月6日發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）。

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