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食物新鲜健康吗?浙大校友为手机炼就“火眼金睛”

2019-11-09 12:09:11 阅读量:611

中秋节假期已经过去了

你最近吃过月饼吗?

这是浙江大学的秋实蛋糕

还是蛋黄莲蓉红色

还是冰淇淋月饼?

但是..

你知道一个小月饼吗

有多少热量?!

什么?

这些月饼的卡路里是如何测量的?

边肖遗憾地告诉你

这些都是编辑自己搜索的。

然而,好消息,好消息!

也许在不久的将来

你的手机可以变成

移动式食品检测光谱仪!

拿出你的手机

打开摄像机

让微型光谱仪工作

它会告诉你面前的食物。

新鲜度、含糖量、蛋白质含量等。

最近

科学杂志发表了最新的研究结果

它主要由一根比千分之一人类头发还薄的头发组成。

半导体纳米线

微型光谱仪研制成功

它的大小只是

市场上最小光谱仪的千分之一

这项成就是由中国、英国、芬兰和其他国家取得的。

科研工作者合作完成

这一成就的来源

有两个浙江大学校友-

第一作者杨宗银和合著者顾福兴

浙江大学的技术发展之一是密切相关的。

经过八年的坚持,我的第一颗心没有改变。

论文第一作者,现为剑桥大学石墨烯中心博士后杨宗银,2011年在浙江大学获得硕士学位期间,与哥哥兼合著者顾福兴一起发明了在单根纳米线上调节带隙的技术。在荧光显微镜下,所得纳米线看起来像彩虹。2012年,他想出了一个意想不到的想法,纳米线可以用作光谱仪。从那以后,他一直在思考这个问题,并希望在阅读博客时把自己的想法变成现实。

2014年至2017年,杨宗银共制造了约150台光谱仪设备,但结果仍不尽如人意。这时,他有导师的严格要求和毕业的压力。然而,因为他的心不愿意和妻子的支持,他咬紧牙关,坚持了下来。2017年5月,杨宗贤最后一次尝试改变结构,结果有所好转。

2018年,所有的信心都伴随着不令人满意的实验结果。然而,随着设备和算法的优化,杨宗银隐约觉得自己离目标不远了。2018年8月的一个周六晚上,杨宗银终于在实验室测量了他想要的信号。那一刻,他百感交集,想起了过去几年的各种经历。他在实验室呆了很长时间。

2019年1月,杨宗银博士正式毕业,并获得博士后聘书。在她女儿出生的那一周,几个月后,这篇修改后的文章提交给了《科学》。一个月后,这篇文章被证实,三位评论家同意发表它。“虽然评价很好,但我不敢掉以轻心。在仔细准备了30页的回复后,编辑直接接受了。杨宗银说道。

从2011年到2019年,杨宗银八年的坚持终于有了回报。

同样毕业于浙江大学的顾福星评论道:“我希望我在实验室的学生们继续努力,坚持原创,学习初一哥哥宗寅的精神,取得巨大的成就。最后,我再次祝愿带隙分级纳米线领域取得新的成就,希望纳米线光谱仪能够尽快实现手机芯片的集成,为食品、医药和医疗带来安全保障。”

分光计研究,“微型”中的难点

什么是微型光谱仪?真的有那么好吗?这从牛顿开始。

17世纪,牛顿发现当阳光被棱镜折射时,可以观察到颜色。这个色散实验促进了分光计的诞生。分光计可以检测光谱中不同谱线的强度,例如,可以测量七种阳光颜色的亮度。光谱测量可以帮助人们了解几百万光年以外的星系的活动,以及纳米尺度的分子结构。它还可用于分析物体中的化学成分,从而被用作空气污染、食品卫生、作物生长和人类健康的检测工具。它在科学研究和工业生产中仍然发挥着极其重要的作用。

"光谱仪的小型化是科技界面临的技术挑战."杨宗银说,目前,大多数分光计仍然按照牛顿的实验原理工作,需要使用棱镜或光栅等分光元件。这种光谱仪体积太大,不能满足日益发展的光谱应用技术的需要。

然而,减小分光和检测元件的尺寸将导致光谱仪的光谱分辨率、灵敏度和动态检测范围的显著降低。杨宗银和他的团队找到了另一种方法,用带隙逐渐变化的特殊纳米线代替传统光谱仪中的分光和检测元件。光电探测器阵列已经通过类似于用于制造计算机芯片的工艺在该纳米线上制造。他们利用每个检测器对不同颜色的光有不同响应的特性,通过求解逆问题,从响应函数方程中重构待测光谱信息。

杨宗银说:“我们已经沿着长度方向调整和控制了纳米线的组成,得到的纳米线在荧光显微镜下看起来像彩虹。很容易想到牛顿三棱镜实验中的七种颜色。沿着这一思路,我们开始探索用纳米线代替三棱镜,这可以将传统光学器件的尺寸缩小到纳米尺度,并使这些器件在可穿戴设备等新兴领域得到应用。”

在浙江大学学习期间,顾福兴和杨宗银发明了调节单根纳米线带隙的技术。“普通光谱仪都含有色散元素。这是一个非常核心的设备。但是我们的工作突破了这个要求。颜色分辨率可以通过使用单一纳米线来实现。”

顾福兴表示,每种物质都会有相应的光谱信号,比如水、乙醇和糖的吸收光谱,荧光光谱和拉曼光谱是不同的。根据这一点,可以确定牛奶的成分,看看哪个杯子含有高糖和低糖,有多少水分,是否含有三聚氰胺等。如果我们能在日常生活中及时获得物质的光谱信息,它将极大地丰富我们的生活和世界。

产品研发前景广阔

谈到微型光谱仪在现实中的应用,顾福兴相当期待:“通过微型光谱仪,我们可以及时获取日常生活中身边物质的光谱信息,这将极大地丰富我们的生活和世界。”

微型光谱仪只有火柴盒大小的千分之一,肉眼甚至看不清楚。人们如何使用它?

面对质疑,杨宗银解释说,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。光谱仪可以集成到手机中,强大的光谱分析技术已经从实验室转移到普通人的手中。将来,只能通过取出手机并拍摄物体的照片来获得物体的光谱信息。

所获得的信息数据,通过手机应用软件,将需要检测的信息和相应数据库中的数据进行对比分析,我们可以直观地看到相关组件的内容在什么范围内。“这实际上就像我们在医院得到的验血报告。然而,要实现这一步,还需要一些时间进行进一步的研究和开发。”杨宗银解释道。

该微型光谱仪除了应用于电子设备之外,有望在纳米机器人技术成熟后,通过注射植入人体,对人体健康进行实时监测,为癌症等疾病的检测提供一种新的检测和治疗方法,并通过后续开发解决电源和信号传输问题。

然而,目前的产品研发仍处于实验阶段。

毕竟,杨宗银对测试人体健康状况的功能非常谨慎:“涉及人体的健康实验会很麻烦。我们的产品必须确保检测结果的正确性,并符合相关的国家医疗卫生标准。实现的过程将相对较长。”

(原标题是“食物是新的还是不新鲜的?健康吗?浙江大学的校友们在改进手机的时候会“引人注目”,他们会知道手机什么时候会被冲走!编辑卢文林)

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