据《新京报》报道（记者 王俊），近期一项突破性的科研成果宣告成功，研发出一款微型光谱仪，其尺寸之小仅为市面上现有最小光谱仪的万分之一。该创新成果预示着未来光谱仪有望集成于智能手机中，实现通过手机扫描即可检测食物的新鲜程度、食品药品的成分构成，乃至进行艺术品的鉴定。这项由多国科研人员共同参与的跨学科研究，近日已在权威科学期刊《科学》上发表。
光谱测量的应用领域及其重要性
探索宇宙奥秘，保障环境与食品安全
回顾历史，17世纪牛顿通过棱镜折射太阳光，观察到光的色散现象，这一发现为光谱仪的诞生奠定了基础。光谱仪的核心功能在于精确测量光谱中不同谱线的强度，例如分析阳光七彩光谱中每种颜色光的亮度。
光谱测量技术在现代社会中扮演着关键角色。它不仅能够帮助人类观测数百万光年外遥远星系的活动，还能深入分析纳米尺度下的分子结构。此外，通过光谱测量技术，可以有效地分析物质中的化学成分，从而应用于空气污染监测、食品安全评估、农作物生长状况以及人体健康状态的检测。
“例如，即使外观颜色和味道完全相同的牛奶，仅凭肉眼也无法区分。而更为有效的方法是对牛奶中的有效成分进行光谱分析。”谷付星向记者解释，“每种物质都有其独特的光谱信号，如水、乙醇、糖的吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱等均不相同。通过这些光谱信号，可以确定牛奶的成分，进而判断其糖分含量、含水量，以及是否含有三聚氰胺等有害物质。”
光谱仪小型化的技术突破
纳米技术应用突破传统光学元件限制
他进一步解释，这种传统光谱仪体积庞大，已无法满足现代光谱应用技术的需求。然而，减小分光和探测元件的尺寸将导致光谱分辨率、灵敏度和动态检测范围显著下降。
为了制造微型化的光谱仪，关键在于核心器件的技术突破。
“光谱仪的微型化是科技界面临的一项重大技术挑战。”杨宗银表示，他与合作团队创新性地采用纳米技术，成功研制出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万分之一。
“传统光谱仪通常包含色散元件，但我们的研究突破了这个限制，采用单根纳米线实现颜色分辨。”杨宗银说。
纳米技术的应用，极大地缩小了光谱仪的体积。谷付星补充道，常规光谱仪由于需要色散元件，因此需要一定的长度空间。“我们直接使用纳米线，无需色散元件，从而显著缩小了光谱仪的体积。”
光谱仪的日常生活应用前景
五年内实现光谱检测技术的普及
该光谱仪体积小的特点使其在应用上具有显著优势。
据介绍，该微型光谱仪若能与手机摄像系统兼容，便可设计成紧凑式光谱仪模块，使手机具备光谱探测能力，将光谱分析技术从实验室转移到手掌之中，方便在生活中测量食物、皮肤的光谱信息，从而判断食品安全以及身体健康状况，使光谱检测技术有望进入日常生活。
然而，杨宗银坦言，应用于食药领域需要建立大量食品、药品的光谱数据库，与手机的结合还需要设计智能的操作界面，否则大众很难自行处理光谱数据。
杨宗银还设想了该技术在医学领域的应用前景，“用微型光谱仪对单个细胞进行扫描光谱成像，可以让图像中的每个像素包含丰富的光谱信息，从而分析细胞每个部分的化学变化。”
他认为，通过后续的开发，该微型光谱仪有望通过注射或植入人体，实时监测人体健康状况，为癌症等疾病的检测提供一种新的方法。
记者了解到，目前团队已经在申请该微型光谱仪的专利。他们计划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，预计在五年内使微型光谱仪广泛应用于科研、生产和生活中。
新京报记者 王俊