你的智能手機用來檢測空氣的清潔程度，食物是否新鮮，腫塊是不是惡性的。這些都多虧了一種新型的光譜儀，它非常小巧，可以很容易的安裝在手機中，并且成本非常低廉。利用光譜掃描食品、藥品成分，并利用智能手機進行數(shù)據(jù)分析的微型光譜儀正在興起，而這類小型儀器亦有希望在醫(yī)療、健康診斷領(lǐng)域發(fā)揮作用。目前，在國外有數(shù)種此類產(chǎn)品正在研發(fā)之中。而近日，埃因霍溫理工大學(xué)研制的微型傳感器與在科學(xué)實驗室中使用的常規(guī)桌面型號傳感器一樣精確。研究人員在《Nature Communications》雜志上介紹了他們的發(fā)明。

光譜測定法對可見光和不可見光的分析，其應(yīng)用范圍非常廣泛。根據(jù)光的吸收和反射，每種材料和每種組織都有自己的“足跡”，因此可以通過光譜測定法來辨別。但可以精確測量的光譜儀體積是很大的，因為他們把光分成不同的顏色(頻率)，然后分別測量。光被分解之后，具有不同頻率的光束仍然會和其他光束重疊，因此，高度精確的測量只能在分解后幾十厘米處進行。

埃因霍溫的研究人員研發(fā)了一種新穎的傳感器，它能夠以完全不同的方式實現(xiàn)精確測量，即利用一個特殊的“光子晶體空腔”，這個“光子晶體空腔”是一個幾微米的“陷阱”，光線落在里面后不能逃脫。這個陷阱被包含在一個膜中，被捕獲在其中的光會產(chǎn)生一個微小的電流，從而進行測量。博士生?arkoZobenica制作的腔體非常精確，只保留了一個非常小的頻率間隔，因此只測量那個頻率下的光線即可。

為了能夠測量更大的頻率范圍，研究人員將兩個膜非常緊密地放置在一起，一個在另一個之上。兩個膜會互相影響：如果它們之間的距離稍微改變，那么傳感器能夠檢測到的光頻率也隨之移動。為此，由Andrea Fiore教授和Rob van der Heijden副教授指導(dǎo)的研究人員組裝了一個MEMS(微機電系統(tǒng))。這種機電系統(tǒng)允許膜之間的距離變化，從而測量頻率。最終，傳感器可以覆蓋大約三十納米的波長范圍，在該范圍內(nèi)，光譜儀可以辨別數(shù)十萬個頻率，這是非常精確的。這之所以可以實現(xiàn)是因為研究人員將膜之間的距離定在了數(shù)十飛米(10-15米)。

設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。藍色有孔的平面是位于上面的膜層，里面有光子晶體空腔，可捕獲特定頻率的光。當這種情況發(fā)生時，會產(chǎn)生一個可以被測量的電流(A)。援引：荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)

為了證明其有用性，研究小組展示了幾個應(yīng)用，其中包括一個氣體傳感器。他們也制作了一個非常精確的運動傳感器，并巧妙地利用了這樣一個事實，即當兩個膜彼此相對移動時，檢測到的頻率會發(fā)生變化。

Fiore教授預(yù)計，新的光譜儀實際應(yīng)用到智能手機之前還需要五年甚至更長的時間，因為目前它所覆蓋的頻率范圍仍然太小。目前，傳感器僅覆蓋最常見光譜的百分之幾即近紅外光譜。所以他的小組將致力于擴展可檢測的頻譜。他們還將整合一個額外的器件即一個光源到微型光譜儀中，這將使傳感器不受外部光源的支配。

考慮到應(yīng)用的廣泛性，微型光譜儀預(yù)計將最終成為像智能手機中照相一樣重要的器件。例如，測量CO2，檢測煙霧，決定你吃什么藥，衡量食物的新鮮程度，測定你的血糖水平，等等。