新民晚報訊（記者 郜陽）微型光譜儀能有多迷你？由我國科學家參與的一項科研成果給出了答案——由一根比人類頭髮千分之一還細的半導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。它可被集成到手機上，只要用手機一掃就可以檢測出食物的新鮮度，食品藥品的成分，還可用於藝術品的鑑定。
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、上海理工大學、浙江大學、南京大學、北京大學等國內高校的科研工作者參與其中。
據介紹，17世紀，牛頓發現太陽光通過稜鏡的折射後可觀察到彩色。這個色散實驗推動了光譜儀的誕生。光譜儀可以檢測光譜中不同譜線強度，比如可以測出陽光的七彩色中每種顏色光的亮度。通過對光譜的測量，可以幫助人們獲知大到幾百萬光年外的星系活動，小到納米尺度的分子結構。還可以用來分析物體中的化學成分，從而用作對空氣汙染、食品衛生、農作物生長、人體健康狀況的檢測工具，在科研和工業生產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技術挑戰。」劍橋大學石墨烯中心博士後楊宗銀說，目前大部分光譜儀的工作原理仍和牛頓的實驗相似，需要用到稜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展的光譜應用技術的需求。但是減小分光和探測元件的尺寸將導致光譜儀的光譜解析度、靈敏度及動態檢測範圍顯著下降，
楊宗銀和合作團隊介紹另闢蹊徑，用一種帶隙漸變的特殊納米線替代了傳統光譜儀中的分光和探測元件，採用和製作電腦晶片類似的工藝在這種納米線上加工出了光探測器陣列。他們利用各個探測器對不同顏色光具有不同響應的特性，通過逆問題的求解，從響應函數方程組中重構出所需要測量的光譜信息。
「我們沿長度方向對納米線的組分進行了調控，得到的納米線在螢光顯微鏡下觀察就像一道彩虹，很容易讓人聯想到牛頓三稜鏡實驗中的七彩色，沿著這個思路我們開始探索用納米線替代三稜鏡，這樣可以把傳統光學器件的尺寸縮小到納米尺度，使這些器件在可穿戴設備等新興領域中找到應用。」楊宗銀告訴記者。
上海理工大學副教授、博士生導師谷付星是項目參與者之一。他和楊宗銀在浙江大學求學期間，已經發明了在單根納米線上調控帶隙的技術，「普通光譜儀都包含色散原件。這個是很核心的器件。但是我們這項工作突破了這個要求。使用單根納米線就可以實現顏色分辨。」
谷付星說，每個物質都會有相應的光譜信號，如水，乙醇，糖的吸收光譜，螢光、拉曼光譜都不一樣。據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。如果我們在日常生活中能及時獲得物質的光譜信息將會很大豐富我們的生活和世界。
據了解，研究團隊已經在申請這個微型光譜儀的專利。他們希望在這種光譜儀的基礎上開發出一系列覆蓋紫外到紅外的微型光譜儀，用大概五年左右的時間使微光譜儀廣泛應用到科研、生產以及生活中。
楊宗銀介紹，團隊研發的微型光譜儀與廣泛使用的手機攝像系統具有良好的兼容性，可設計成緊湊式光譜儀模塊使手機具備光譜探測能力，把強大的光譜分析技術從實驗室搬到手掌上，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，使得光譜檢測技術有望走進大眾日常生活中。
研發團隊還用微型光譜儀對單個細胞進行掃描光譜成像，從而可以分析細胞每個部分的化學變化。通過後續的開發這種微型光譜儀將有望可以通過注射植入到人體，用於實時監測人體健康狀況，為癌症等疾病檢測提供一種新的方法。另外，近紅外光譜技術在食品藥物分析方面也可以有重要的應用。
該研究成果於北京時間9月6日發表於國際權威學術期刊《科學》（Science）。