量子点光谱分析仪问世

2015-7-14 14:54| 发布者: 高华华| 查看: 1927| 评论: 0|来自: 研发埠

摘要: 光谱分析仪作为一种分析光的成分的仪器，被广泛应用于物理、化学以及生物学研究中。这类设备通常因为体积过大以致于难以移动，但最近MIT科学家已经制造出了微型光谱分析仪，这种微型光谱分析仪小到可以使用被称为是“量子点”的微型半导体纳米粒子直接安装在手机内。

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       （译者：王培德）
       这种微型光谱分析仪可以安装到手机上，作为便携式光谱分析仪。
       光谱分析仪作为一种分析光的成分的仪器，被广泛应用于物理、化学以及生物学研究中。这类设备通常因为体积过大以致于难以移动，但最近MIT科学家已经制造出了微型光谱分析仪，这种微型光谱分析仪小到可以使用被称为是“量子点”的微型半导体纳米粒子直接安装在手机内。

       7月2日Nature杂志上发表的论文作者，前MIT博士后鲍捷表示，该仪器可以应用于疾病诊断，尤其是人体体表状况诊断，或应用于环境污染物监测以及食品监测等。
       量子点曾被用于标记细胞和生物分析，同时也被应用于电脑和电视屏幕中，这项研究为量子点提供了新的应用场合。
       论文的作者MIT化学教授Moungi Bawendi表示“使用量子点进行光谱分析，这本身就十分有吸引力，相比于其他的尝试而言，量子点光谱分析是对量子点最直接的应用。”
       微型光谱分析仪
       早期的光谱分析仪由棱镜组成，可以将复杂的光分解成光谱线，现代的光谱分析仪则使用如衍射光栅等装置实现光的分解。光谱仪可以用于如原子运动及其能量水平、生物医学研究与采样样本诊断等方面。
       MIT的微型光谱仪使用量子点替代了光栅，充分利用了量子点的优良的固有特性，将光谱分析仪的体积缩小为原来的四分之一。
       量子点是发现于上世纪80年代的纳米晶体，由铅或镉结合其他元素包括硫、硒、砷所组成的金属化合物制得。通过控制这些原料的比例以及反应温度、反应时间，科研人员可以得到几乎无限多个具有不同电子特性的量子点，这些量子点被称为“bandgap”，它们决定了每个点能吸收的光波波长。
       然而，现有的对量子点的应用中，几乎都没有应用到量子点大范围的吸收光谱的优点。相反，大部分的设备，例如标记细胞或新型电视屏幕灯，利用了量子点的荧光性质─而这种性质实际应用时是很难认为控制的。Bawendi表示，很难做到让东西发出十分明亮的荧光，你需要对量子点施加保护措施，这是一项浩大的工程。
       科研人员也在研究基于量子点的太阳能电池，这种电池依靠量子点可以将光转化成能量的特点。但科研人员还尚未弄清楚其中的机理，这项技术还难以很好掌握。
       另一方面，量子点的吸收特性众所周知并且非常稳定。鲍表示，“如果我们可以利用量子点的这些特性，我们可以在短期内对其应用有更加重要的突破。”
       更广的光谱范围
       新型量子点光谱仪采用了数百个量子点，其每一个量子点都对特定光谱范围敏感。量子点过滤器被印制到薄膜上并安装在图像监测器顶部，如手机照相机的电荷耦合器（CCDs）中。
       研究人员还研发了一种算法，用来分析每个过滤器吸收的光子比例，然后根据每个过滤器的信息来计算光强和光波波长等。
       量子点所使用的材料越多，可以覆盖的波长更广，同时就可以获得更高的分辨率。基于这种实际情况，科研人员使用了200多种量子点，将其排列成一列，总长300纳米。量子点数量的增加，光谱仪就可以用于更广频率范围的光谱分析。
       California大学Berkeley分校的物理教授王峰（音译）认为，Bawendi和鲍捷通过这种堪称“美丽”的方式，利用半导体量子点微信光谱仪来实现对光的吸收。他们的工作向我们表明，光谱分析仪不仅可以做的很小，而且其性能已经超过了此前的光谱分析仪。
       与其他小型设备结合后，该分析仪还可以用于诊断皮肤病或分析尿液样本，甚至可以用来跟踪生命体征，如脉搏以及血氧水平等，或检测暴露于不同频率紫外线下对人体皮肤的损害程度。
       鲍捷表示，“这种光谱仪的核心部件就是量子点过滤组件，如果可以通过基于解决方案和印刷的方式得到，这样就可以大幅度降低成本”.
       译自：http://newsoffice.mit.edu/2015/quantum-dot-spectrometer-smartphone-0701
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