手机一扫便知食物新鲜度未来或可实现

走在大街上口渴了，想买一杯鲜榨果汁？别急，拿出手机，打开摄像头，微型光谱仪会告诉你水果是否新鲜，这样的场景离我们已不遥远。我国科学家参与了世界最小光谱仪的研制，它由一根比人类头发千分之一还细的半导体纳米线组成，其大小仅为市面上最小光谱仪的千分之一。微型光谱仪可被集成到手机上，只要用手机一扫就可以检测出食物的新鲜度，食品和药品的成分，还可用于艺术品的鉴定。这一科研成果由中国、英国、芬兰等国科研工作者合作完成，来自上海交通大学、上海理工大学、浙江大学、南京大学、北京大学等国内高校的科研工作者都有参与。

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。光谱仪可以检测光谱中不同谱线强度，帮助人们分析物体中的化学成分，从而被用作对空气污染、食品卫生、农作物生长、人体健康状况的检测工具，在科研和工业生产中扮演着极为重要的角色。“每个物质都会有相应的光谱信号。据此可以确定牛奶的成分，看看糖分高低，含水量多少，及是否含有三聚氰胺等。”项目参与者，上海理工大学副教授、博士生导师谷付星说。

“光谱仪的微型化是目前科技界面临的一项技术挑战。”剑桥大学石墨烯中心博士后杨宗银介绍。目前大部分光谱仪仍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。但是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。

他和合作团队另辟蹊径，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。

杨宗银和谷付星还在浙江大学求学时，已经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。“沿着这个思路我们开始探索用纳米线替代三棱镜，这样可以把传统光学器件的尺寸缩小到纳米尺度，使这些器件在可穿戴设备等新兴领域中找到应用。”杨宗银说。

据了解，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覆盖紫外到红外的微型光谱仪，用五年左右使微型光谱仪广泛应用到科研、生产以及生活中。杨宗银介绍，团队研发的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，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。（郜阳）