世界最小光谱仪问世 手机一扫可检测出食物新鲜度和食品药品成分

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(记者徐建华)美国杂志《科学》最近发表了一项科研成果——一种由比千分之一人类头发还薄的半导体纳米线组成的微型光谱仪。据介绍,该光谱仪的尺寸仅为市场上最小光谱仪的千分之一,可以集成到手机中,这样手机一扫,就可以检测到食物的新鲜度以及食物和药物的成分,还可以用于艺术品的鉴定。

“这种光谱仪最大的优点是体积小,便于携带,成本低,易于推广,非常适合终端消费者使用。例如,它可以集成到移动电话中,随时随地检测食品和药物,这可以减轻监管机构的压力,也让公众对消费更有信心。”论文第一作者、剑桥大学石墨烯中心博士后杨宗银在接受《中国质量新闻》采访时说。

据悉,这项科研成果是由中国、英国、芬兰等国的科研人员合作完成的。来自上海科技大学、浙江大学、南京大学、上海交通大学、北京大学等国内大学的许多研究人员参加了会议。

据报道,分光计可以检测光谱中不同谱线的强度。通过测量光谱,它们可以用来分析物体中的化学成分,从而被用作空气污染、食品卫生、作物生长和人类健康的检测工具。它们在科学研究和工业生产中发挥着极其重要的作用。

"光谱仪的小型化是科技界面临的技术挑战."杨宗银透露,大多数光谱仪仍然需要分光元件,如棱镜或光栅。这种光谱仪体积太大,不能满足日益发展的光谱应用技术的需要。然而,减小光谱和检测元件的尺寸将导致光谱仪的光谱分辨率、灵敏度和动态检测范围的显著降低。

杨宗银和他的团队找到了另一种方法,用带隙逐渐变化的特殊纳米线代替传统光谱仪中的分光和检测元件。光电探测器阵列通过类似于制造计算机芯片的工艺在该纳米线上制造。他们利用每个探测器对不同颜色的光有不同响应的特性,通过逆解从响应函数方程重建需要测量的光谱信息。“我们已经调整和控制了纳米线的长度方向的组成,因此传统光学器件的尺寸可以缩小到纳米尺度,这些器件可以应用于新兴领域,如可穿戴器件。”他说。

上海理工大学副教授、博士生导师顾福星是本文的合著者之一。在浙江大学学习期间,他和杨宗银发明了调节单根纳米线带隙的技术。“普通光谱仪都包含色散元件,这是非常核心的设备。在我们的研发取得突破后,我们可以使用单一纳米线来实现颜色区分。”

顾福兴表示,每种物质都有相应的光谱信号,如水、乙醇、糖吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱,可以用来测定牛奶的成分,区分糖含量、水含量和三聚氰胺含量。

据了解,研究小组目前正在申请微型光谱仪的专利。他们希望在这种光谱仪的基础上开发一系列从紫外到红外的微型光谱仪,这些光谱仪将在大约5年后广泛应用于科研、生产和生活中。

“我们开发的微型光谱仪与广泛使用的手机摄像系统具有良好的兼容性。它可以被设计成一个紧凑的光谱仪模块,使手机具有光谱检测能力。强大的光谱分析技术可以从实验室转移到你的手掌上,方便测量你生活中食物和皮肤的光谱信息,从而判断你身体的食物安全和健康水平。光谱检测技术有望进入公众的日常生活。”杨宗银表示,目前该技术在食品和药物领域应用的瓶颈之一是缺乏大量光谱数据库,“这需要很长时间才能积累和实现”他说。

中国质量新闻

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