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食物是否新鲜 蔬菜有没有农药?今后手机拍拍就知道 

2019-09-12 07:13 |钱江晚报

视觉中国供图

买了青菜,担心有农药,拿出手机,打开摄像头,让微型光谱仪先帮你检测一下,是否有农药残留。此外,光谱仪还能检测出食物的新鲜程度、蛋白质含量、糖分含量等。听上去是不是很“科幻”?实际上,这些将在不久的未来成为现实。

上周,《科学》杂志发表了一项最新研究成果——微型光谱仪实验室产品研发成功。这种微型光谱仪,由一根比头发丝的千分之一还要细的半导体纳米线组成,其总体大小,只有市面上最小光谱仪千之分一,需在显微镜下才能看清楚。

这一科研成果,由中国、英国、芬兰等国的科研工作者合作完成,来自上海理工大学、浙江大学、上海交通大学、南京大学、北京大学等高校的科学家都有参与。

论文的第一作者、剑桥大学石墨烯中心的博士后杨宗银和共同作者、上海理工大学的副教授谷付星,都是浙大毕业生。而这一成果的起源,还与他们在浙大求学时的一项技术发明有关。

对物质进行光谱分析

现实中有很大用处

17世纪,牛顿发现太阳光通过棱镜的折射后可观察到彩色,这个色散实验推动了光谱仪的诞生。光谱仪是对物质发出的光谱信号进行分析的仪器,可以检测光谱中不同谱线强度,帮助人们分析物体中的成分。

“每个物质都会有相应的光谱信号。”项目参与者谷付星拿牛奶举例,其含有的每种成分都有相应的光谱信号。水、乙醇和糖……它们的吸收光谱和拉曼光谱都不一样。因此,就可以通过光谱分析牛奶的成分比例,还能判断它是否含有某些有害添加剂,比如三聚氰胺。

“也就是说,借助光谱仪,可以快速进行食物成分的分析。如果我们在日常生活中能及时获得物质的光谱信息,对世界的了解也会得到极大丰富。”谷付星说。

目前,光谱仪技术已经成熟,但光谱仪的微型化,遇到了门槛。

市面上最小的微型光谱仪已经缩小至火柴盒大小,但是依然很难满足日益发展的光谱应用技术的需求。

刚面世的最微型光谱仪

与浙大渊源颇深

此次问世的微型光谱仪,则另辟蹊径,敏感元件采用的是半导体纳米线。

杨宗银使用一种特殊带隙渐变纳米线替代了传统光谱仪中的色散和探测元件,通过一种与制作电脑芯片类似的工艺,制作成新的微型光谱仪。这种新产品大大压缩了体积,解决了光谱仪微型化这一难题。

这根纳米线,比人类头发丝的千分之一还要细。

2011年,杨宗银和谷付星还在浙大求学时,他们就已经对这一纳米技术有了初步的试验。他们发明了在单根纳米线上调控带隙的技术,得到的纳米线在荧光显微镜下观察起来就像一道彩虹,很容易让人联想到牛顿三棱镜实验中的七彩色。

“沿着这一思路,我们开始探索用纳米线替代三棱镜,将传统光学器件的尺寸缩小到纳米尺度。”谷付星说。

这项研究的成功,让研究者很兴奋:这样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。

不仅可以分析食品成份

将来还可植入人体监测健康状况

谈及微型光谱仪在现实中的应用,谷付星颇为期待:“通过微型光谱仪,我们能在日常生活中及时获取身边物质的光谱信息,这将会大大丰富我们的生活和世界。”

只有火柴盒千分之一大小的微型光谱仪,甚至肉眼都无法看清楚,老百姓怎样使用呢?

面对疑惑,杨宗银解释说,微型光谱仪与广泛使用的手机摄像系统具有良好的兼容性,光谱仪可以被集成到手机上,强大的光谱分析技术就从实验室搬到了普通百姓的手掌上。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,大家就能直观地看出相关成分的含量在一个怎样的范围之内。“这其实就像我们在医院得到的验血报告一样。不过,要做到这一步,还需要一段时间来进行后续的研发。”杨宗银解释说。

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。

现阶段的产品研发,还停留在实验阶段。

对于检测人体健康状况这个功能,毕竟是用在人身上,杨宗银非常慎重:“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。

(原标题《浙大参与研发最微型光谱仪 只有火柴盒千分之一那么大》,首席记者 王湛 通讯员 李荣炜 邱伊娜,编辑 李如)

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