種微型光譜分析儀可以安裝到手機(jī)上，作為便攜式光譜分析儀。

       

光譜分析儀作為一種分析光的成分的儀器，被廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)以及生物學(xué)研究中。這類設(shè)備通常因?yàn)轶w積過大以致于難以移動(dòng)，但最近MIT科學(xué)家已經(jīng)制造出了微型光譜分析儀，這種微型光譜分析儀小到可以使用被稱為是“量子點(diǎn)”的微型半導(dǎo)體納米粒子直接安裝在手機(jī)內(nèi)。

 

7月2日Nature雜志上發(fā)表的論文作者，前MIT博士后鮑捷表示，該儀器可以應(yīng)用于疾病診斷，尤其是人體體表狀況診斷，或應(yīng)用于環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)以及食品監(jiān)測(cè)等。

 

 

 

量子點(diǎn)曾被用于標(biāo)記細(xì)胞和生物分析，同時(shí)也被應(yīng)用于電腦和電視屏幕中，這項(xiàng)研究為量子點(diǎn)提供了新的應(yīng)用場(chǎng)合。

 

 

 

論文的作者M(jìn)IT化學(xué)教授Moungi Bawendi表示“使用量子點(diǎn)進(jìn)行光譜分析，這本身就十分有吸引力，相比于其他的嘗試而言，量子點(diǎn)光譜分析是對(duì)量子點(diǎn)最直接的應(yīng)用。”

 

 

 

微型光譜分析儀

 

 

 

早期的光譜分析儀由棱鏡組成，可以將復(fù)雜的光分解成光譜線，現(xiàn)代的光譜分析儀則使用如衍射光柵等裝置實(shí)現(xiàn)光的分解。光譜儀可以用于如原子運(yùn)動(dòng)及其能量水平、生物醫(yī)學(xué)研究與采樣樣本診斷等方面。

 

 

 

MIT的微型光譜儀使用量子點(diǎn)替代了光柵，充分利用了量子點(diǎn)的優(yōu)良的固有特性，將光譜分析儀的體積縮小為原來(lái)的四分之一。

 

 

 

量子點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)80年代的納米晶體，由鉛或鎘結(jié)合其他元素包括硫、硒、砷所組成的金屬化合物制得。通過控制這些原料的比例以及反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間，科研人員可以得到幾乎無(wú)限多個(gè)具有不同電子特性的量子點(diǎn)，這些量子點(diǎn)被稱為“bandgap”，它們決定了每個(gè)點(diǎn)能吸收的光波波長(zhǎng)。

 

 

 

然而，現(xiàn)有的對(duì)量子點(diǎn)的應(yīng)用中，幾乎都沒有應(yīng)用到量子點(diǎn)大范圍的吸收光譜的優(yōu)點(diǎn)。相反，大部分的設(shè)備，例如標(biāo)記細(xì)胞或新型電視屏幕燈，利用了量子點(diǎn)的熒光性質(zhì)─而這種性質(zhì)實(shí)際應(yīng)用時(shí)是很難認(rèn)為控制的。Bawendi表示，很難做到讓東西發(fā)出十分明亮的熒光，你需要對(duì)量子點(diǎn)施加保護(hù)措施，這是一項(xiàng)浩大的工程。

 

 

 

科研人員也在研究基于量子點(diǎn)的太陽(yáng)能電池，這種電池依靠量子點(diǎn)可以將光轉(zhuǎn)化成能量的特點(diǎn)。但科研人員還尚未弄清楚其中的機(jī)理，這項(xiàng)技術(shù)還難以很好掌握。

 

 

 

另一方面，量子點(diǎn)的吸收特性眾所周知并且非常穩(wěn)定。鮑表示，“如果我們可以利用量子點(diǎn)的這些特性，我們可以在短期內(nèi)對(duì)其應(yīng)用有更加重要的突破。”

 

 

 

更廣的光譜范圍

 

 

 

新型量子點(diǎn)光譜儀采用了數(shù)百個(gè)量子點(diǎn)，其每一個(gè)量子點(diǎn)都對(duì)特定光譜范圍敏感。量子點(diǎn)過濾器被印制到薄膜上并安裝在圖像監(jiān)測(cè)器頂部，如手機(jī)照相機(jī)的電荷耦合器（CCDs）中。

 

 

 

研究人員還研發(fā)了一種算法，用來(lái)分析每個(gè)過濾器吸收的光子比例，然后根據(jù)每個(gè)過濾器的信息來(lái)計(jì)算光強(qiáng)和光波波長(zhǎng)等。

 

 

 

量子點(diǎn)所使用的材料越多，可以覆蓋的波長(zhǎng)更廣，同時(shí)就可以獲得更高的分辨率。基于這種實(shí)際情況，科研人員使用了200多種量子點(diǎn)，將其排列成一列，總長(zhǎng)300納米。量子點(diǎn)數(shù)量的增加，光譜儀就可以用于更廣頻率范圍的光譜分析。


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