Science：这款颠覆牛顿棱镜的光谱仪仅几十微米

　　作为一种常规的分析仪器，光谱仪的应用涵盖了大多数科学和许多工业学科。随着应用需求的提升，仪器的小型化或者微型化一直吸引大家的眼球。但是，目前大部分光谱仪的工作原理仍和牛顿的实验相似，需要用到棱镜或光栅之类的分光元件。这种光谱仪体积庞大已无法满足日益发展的光谱应用技术的需求。而减小分光和探测元件的尺寸将导致光谱仪的光谱分辨率、灵敏度及动态检测范围显著下降，因此光谱仪的微型化是目前科技界面临的重大技术挑战。

　　日前，英国剑桥大学的科研团队与来自中国、英国以及芬兰的研究机构合作，成功克服了这个技术难题，开发出了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千分之一，主要由一根比人类头发千分之一还细的半导体纳米线组成。该研究工作于9月6日发表在世界顶级杂志《Science》上。

　　该工作由来自中国、英国和芬兰的多个研究组合作完成：上海理工大学的谷付星副教授，浙江大学的童利民教授、杨青教授和王攀教授，南京大学的王肖沐教授，上海交通大学的蔡伟伟教授，北京大学的戴伦教授，以及芬兰Aalto大学的孙志培教授。

　　科研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，巧妙地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。

　　据介绍，该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，可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，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程度，使得光谱检测技术有望走进大众日常生活中。

　　由于尺寸极，该微型光谱仪还可以对单个细胞进行扫描光谱成像。不同与以往的细胞成像技术，该光谱成像可以让图像中的每个像素包含丰富的光谱信息，从而可以分析细胞每个部分的化学变化。通过后续的开发这种微型光谱仪将有望可以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方法。

　　据悉，剑桥的研究团队已经在申请这个微型光谱仪的专利。他们希望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，用大概五年左右的时间使微光谱仪广泛应用到科研、生产以及生活中。

　　第一作者：杨宗银博士，Tom Albrow-Owen；通讯作者：Tawfique Hasan

　　文章链接：https://science.sciencemag.org/content/365/6457/1017