越过“牛顿棱镜” 的纳米级光谱仪问世(2)
“从我2014年来剑桥读博，直至2017年一共做了大概150个光谱仪器件，结果仍然不理想，这段时间幸亏有妻子的支持。随着对器件和算法的一次次优化，直到2018年8月，在一个周六晚上，我在实验室测量到了信号，有点不敢相信自己的眼睛，验证了多次都和商用光谱仪测量结果相符，那一刻真是百感交集。”回首这段经历，杨宗银至今记忆犹新。
杨宗银介绍，实验人员用一种带隙渐变的特殊纳米线替代了传统光谱仪中的分光和探测元件，采用和制作电脑芯片类似的工艺在这种纳米线上加工出了光探测器阵列。他们利用各个探测器对不同颜色光具有不同响应的特性，通过逆问题的求解，从响应函数方程组中重构出所需要测量的光谱信息。
更值得一提的是，这样制造出的微型光谱仪具有便携、易推广的特性，非常适合应用在可穿戴电子设备等新兴领域，具有广阔的应用前景。
光谱检测走进大众生活
可是这仅有头发丝千分之一大小的微型光谱仪，甚至肉眼都无法看清楚，老百姓又该怎样使用呢？
面对疑惑，杨宗银解释说，纳米线光谱仪可以做成光谱芯片，与广泛使用的手机摄像系统具有良好的兼容性，继而设计成紧凑式光谱仪模块使手机具备光谱探测能力，把强大的光谱分析技术从实验室搬到手掌上。今后，只需要掏出手机给物体拍个照，就能获得该物体的光谱信息。
获取的这些信息数据，通过手机APP软件，将需要检测的信息和对应数据库中的数据进行对比分析，人们就能直观地看出相关成分的含量在一个怎样的范围之内。
“这跟我们在医院得到的验血报告类似。不过，要做到这一步，还需要时间来进行后续的研发。”杨宗银说。
谷付星介绍，除了应用在电子设备上面，通过后续开发，等纳米机器人技术成熟，供电和信号传输的问题解决之后，这种微型光谱仪还有望通过注射植入到人体，用于实时监测人体健康状况，为癌症等疾病检测提供一种新的检测治疗方法。
对于检测人体健康状况这个功能，比如血糖指标等，谷付星表示非常慎重：“涉及人体的健康实验，会比较麻烦，我们的产品要确保检测结果的正确性，也要符合国家医疗卫生保健的相关标准，这个实现的过程会比较漫长。”
他们希望等到技术成熟时，这样的微型光谱仪只需要几百块钱就能让老百姓轻松拥有。那时，光谱检测技术将真正走进大众的生活。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.aax8814
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