把光谱仪安装在芯片上新技术颠覆传统认知

2022-10-24 10:03:44化工仪器网小王阅读量：18918

　　雨后的彩虹给人们带来绮丽景色的同时，也告诉了人们光是由多种颜色组成的，而随着人类研究的不断深入，科学家也意识到了，彩虹的本质实际上是自然界的“光谱”，至此之后，光谱就慢慢发展成科研中一个重要的概念。

　　简单地说，光谱是物质的特性之一，每一种物质都有属于其独特的光谱，理论上来讲只要能够观察到光谱，便可以从中判明物质的类型。换言之，光谱可以作为分析物质的一种条件或者说手段，这便是我们经常听到的光谱法。

　　光谱分是基于物质与辐射作用时，测量由物质内部发生的能级跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度，以此来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法。换言之利用光与物质的相互作用来研究物质性质。

　　光谱法的发展也催生出了一类重要的仪器诞生——光谱仪。光谱仪是能够将杂的光分解为光谱线的科学仪器，一般由光源、单色器、样品室、检测器、信号处理器和显示与存储系统组成。使用时，光源可以产生特定波长的光，光线透过测试的样品后，部分光线被吸收，不同物质的吸收光谱也不同，因此根据吸收光谱，便可以对物质进行鉴别。事实上，由于光谱学本身也在不断发展，因此光谱分析法本身也在不断完善，许多新的检测办法出现的同时，也发展出了各种不同的光谱分析仪器。甚至直到今天，仍有不少新的光谱仪类型被研发并投入使用。

　　可以说各式各样的光谱仪为定性定量分析工作，提供了各种可能，但与此同时，巨大的体积也让其与实验室“绑定”在了一起。事实上，并不是没有小型化光谱仪诞生。早在几年前，日本滨松光子学株式会社就开始提倡分析仪器便携化、小型化，并推出多款微型光谱仪。这些光谱仪把光栅、图像传感器以及其驱动电路等多种光学元件集成在一个紧凑的封壳内。使用时通过光纤导入被测光，实际检测效果也非常可观。而当时甚至已经出现了拇指大小的小型光谱仪。

　　不过这似乎还不能满足科研学者对于光谱仪小型化的追求。就在最近，由芬兰阿尔托大学研究人员领导的一个国际研究团队开发出了一款可以安装在微芯片上，并使用人工智能进行操作的高灵敏度光谱仪，并且这款光谱仪具备高波长精度、高光谱分辨率和宽工作带宽，也改变了不少人心中由笨重的光学、机械结构构成的传统光谱仪形象。

　　据悉，该光谱仪利用二维半导体超薄材料制作，不需要组装单独的光学和机械部件或阵列设计来分散和过滤光线，完全电控，因此便携性自由度高的同时，还具备很强的扩展性和可应用潜能。理论上来说，借助这种可以安装在芯片上的光谱，人们可以使用许多身边的设备来完成光谱分析工作，例如手机、无人机。

　　此外相关团队对于该技术作用于质量检测平台、安全传感器、生物医学分析仪、医疗保健系统、环境监测工具和空间望远镜等特定领域，也充满了信心。

　　当然，就目前来说，这些光谱仪还存在许多需要进一步提升的地方，但是这项技术也向大众证明了，即便是在那些较为传统的科研领域内，依旧有大量的创新技术在刺激领域发展，颠覆传统的同时为科研带去新的可能。

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