纳米技术颠覆牛顿的棱镜 世界上最小的光谱仪问世 | {$randkws}热点解读 纳米技术颠覆牛顿的棱镜

纳米技术颠覆牛顿的棱镜 全球上最小的光谱仪问世(Credit: CC0 Public Domain)
（神秘的地球uux.cn报导）据EurekAlert!：全球最小光谱仪问世，纳米技术颠覆牛顿的棱镜。该光谱仪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。它可被集成到移动电话上，只要用移动电话一扫就可以测试出食物的新鲜度，食品药品的体验对比成分，还可用于艺术品的鉴定。该探究岗位于9月6日发表在全球顶级杂志《Science》上。
在17世纪，牛顿察觉太阳光经由棱镜的折射后可观察到彩色。牛顿的这个色散评测为光谱仪的诞生播下了种子。光谱仪可以测试光谱中各异谱线强度，比如可以测出阳光的七彩色中每种颜色光的亮度。经由对光谱的测量，可以合作人们获知大到几百万光年外的星系促销，小到纳米尺度的分子结构。还可以用来确认物体中的广州黄金价格热点化学成分，从而用作对空气污染、食品卫生、农作物生长、人体养生状况的测试工具，在科研和工业生产中仍扮演着极为重大的人物。
但是，当下大若干光谱仪的岗位原理仍和牛顿的评测相似，需要用到棱镜或光栅之类的有些工作，未来可期分光元件。这种光谱仪体积庞大已无法满足日益进展的光谱使用技术的需求。但是减小分光和探测元件的尺寸将导致光谱仪的光谱分辨率、灵敏度及动向测试范围显著下降，所以光谱仪的微型化是当下技术界面临的重大技术考验。
在牛顿评测四百多年后的今日，英国剑桥大学的科研团队与来自中国、英国以及芬兰的探究机构兴办，顺利克服了这个技术难题，有些工作，心动瞬间开发出了尺寸仅几十微米的光谱仪。其大小仅为市面上最小光谱仪的千分之一。他们另辟蹊径，用一种带隙渐变的特别纳米线替代了传统光谱仪中的分光和探测元件，使用和制作计算机处理器相似的工艺在这种纳米线上加工出了光探测器阵列，巧妙地运用各个探测器对各异颜色光具有各异响应的特性，经由逆难题的求解，从响应函数方程组中重构出所需要测量的光谱信息。
论文的第一作者，剑桥大学石墨烯中心的中国留学子杨宗银博士说明说：“我们沿长度方向对纳米线的组分开展了调控，得到的纳米线在荧光显微镜下观察就像一道彩虹，很轻松让人联想到牛顿三棱镜评测中的七彩色，沿着这个思路我们着手探索用纳米线替代三棱镜，这样可以把传统光学器件的尺寸压缩到纳米尺度，使这些器件在可穿戴设备等新兴领域中找到使用”。
“我们平时用摄像机摄影的时候，每个分辨率点只包含了红、绿、蓝三种颜色信息，而这种光谱仪可以让每个分辨率点记录下几十或者上百种谱线强度，这样就可以获取到除了色彩之外的其他有用信息，比如经由测量火焰的光可以告诉我们里面发生了哪些化学反应”，论文的共同作者Tom Albrow-Owen博士补充道。
“我们的微型光谱仪与广泛使用的移动电话摄像操控系统具有良好的兼容性，可设计成紧凑式光谱仪模块使移动电话具备光谱探测能力，把强大的光谱确认技术从评测室搬到手掌上，便捷在日常中测量食物、皮肤的光谱信息，从而判断食品可靠以及身体养生程度，使得光谱测试技术有望走进大众日常日常中”，团队的负责人Tawfique Hasan博士说道。
由于极小的尺寸，他们还展示了用该微型光谱仪对单个细胞开展扫描光谱成像。各异与以往的细胞成像技术，该光谱成像可以让图像中的每个分辨率包含丰富的光谱信息，从而可以确认细胞每个若干的化学转变。经由后续的开发这种微型光谱仪将有望可以经由注射植入到人体，用于实时监测人体养生状况，为癌症等疾病测试提供一种新的方法。
剑桥的探究团队已然在申请这个微型光谱仪的专利。他们期盼在这种光谱仪的基础上开发出一系列覆盖紫外到红外的微型光谱仪，用大约五年左右的时间使微光谱仪广泛使用到科研、生产以及日常中。