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種微型光譜分析儀可以安裝到手機上，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)備通常因為體積過大以致…
種微型光譜分析儀可以安裝到手機上，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)備通常因為體積過大以致于難以移動，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”的微型半導(dǎo)體納米粒子直接安裝在手機內(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)測以及食品監(jiān)測等。
量子點曾被用于標記細胞和生物分析，同時也被應(yīng)用于電腦和電視屏幕中，這項研究為量子點提供了新的應(yīng)用場合。
論文的作者MIT化學(xué)教授Moungi Bawendi表示“使用量子點進行光譜分析，這本身就十分有吸引力，相比于其他的嘗試而言，量子點光譜分析是對量子點最直接的應(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現(xiàn)光的分解。光譜儀可以用于如原子運動及其能量水平、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替代了光柵，充分利用了量子點的優(yōu)良的固有特性，將光譜分析儀的體積縮小為原來的四分之一。
量子點是發(fā)現(xiàn)于上世紀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)時間，科研人員可以得到幾乎無限多個具有不同電子特性的量子點，這些量子點被稱為“bandgap”，它們決定了每個點能吸收的光波波長。
然而，現(xiàn)有的對量子點的應(yīng)用中，幾乎都沒有應(yīng)用到量子點大范圍的吸收光譜的優(yōu)點。相反，大部分的設(shè)備，例如標記細胞或新型電視屏幕燈，利用了量子點的熒光性質(zhì)─而這種性質(zhì)實際應(yīng)用時是很難認為控制的。Bawendi表示，很難做到讓東西發(fā)出十分明亮的熒光，你需要對量子點施加保護措施，這是一項浩大的工程。
科研人員也在研究基于量子點的太陽能電池，這種電池依靠量子點可以將光轉(zhuǎn)化成能量的特點。但科研人員還尚未弄清楚其中的機理，這項技術(shù)還難以很好掌握。
另一方面，量子點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的這些特性，我們可以在短期內(nèi)對其應(yīng)用有更加重要的突破。”
更廣的光譜范圍
新型量子點光譜儀采用了數(shù)百個量子點，其每一個量子點都對特定光譜范圍敏感。量子點過濾器被印制到薄膜上并安裝在圖像監(jiān)測器頂部，如手機照相機的電荷耦合器（CCDs）中。
研究人員還研發(fā)了一種算法，用來分析每個過濾器吸收的光子比例，然后根據(jù)每個過濾器的信息來計算光強和光波波長等。
量子點所使用的材料越多，可以覆蓋的波長更廣，同時就可以獲得更高的分辨率。基于這種實際情況，科研人員使用了200多種量子點，將其排列成一列，總長300納米。量子點數(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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