Thế Việt
Writer
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học North Carolina (NC State) đã phát triển thành công một nguyên mẫu quang phổ kế có kích thước chỉ vài milimet vuông, được xem là nhỏ nhất thế giới. Đột phá này có thể sớm mang công cụ phân tích hóa học tiên tiến lên điện thoại thông minh và các thiết bị nhỏ gọn khác, mở ra hàng loạt ứng dụng trong đời sống hàng ngày.
Quang phổ kế siêu nhỏ do nhóm nghiên cứu ở Đại học North Carolina thiết kế
Quang phổ kế là một công cụ khoa học quan trọng, hoạt động bằng cách phân tích cách vật liệu tương tác với ánh sáng để xác định các tính chất hóa học và vật lý của chúng. Công cụ này được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, từ chẩn đoán y tế, giám sát môi trường cho đến kiểm soát chất lượng sản xuất. Tuy nhiên, các thiết bị truyền thống thường có kích thước lớn, phức tạp và đắt tiền.
Nhóm nghiên cứu tại NC State, do giáo sư Brendan O’Connor dẫn đầu, đã tạo ra một thiết bị có thể thực hiện chức năng tương tự nhưng lại đủ nhỏ để có thể tích hợp vào một chiếc điện thoại.
Không giống như các quang phổ kế thông thường cần các thiết kế quang học phức tạp, thiết bị mới này hoạt động dựa trên một cảm biến quang được thiết kế đặc biệt. Độ nhạy của cảm biến này có thể thay đổi tùy theo mức điện áp được áp dụng lên nó.
Bằng cách quét qua một dải điện áp thấp (dưới một volt) và ghi lại phản ứng của cảm biến, các nhà khoa-học-có-thể tính toán và tái tạo lại toàn bộ quang phổ ánh sáng mà vật liệu phản xạ hoặc truyền qua. Toàn bộ quá trình này diễn ra trong chưa đầy một phần nghìn giây.
"Quang phổ kế mới hoạt động ở điện áp thấp, phản ứng nhanh và duy trì độ nhạy cao trên một dải bước sóng ánh sáng rộng," giáo sư O’Connor cho biết. Trong các thử nghiệm, nguyên mẫu này đã chứng minh được độ chính xác tương đương với các quang phổ kế thông thường trong phòng thí nghiệm.
Thành công này được xem là bước đi đầu tiên hướng tới việc thương mại hóa sản phẩm. "Về lâu dài, mục tiêu của chúng tôi là đưa quang phổ kế ra thị trường tiêu dùng," ông O’Connor nói. "Kích thước và nhu cầu năng lượng của công nghệ mới này làm cho nó khả thi để tích hợp vào điện thoại thông minh, khiến một số ứng dụng thú vị trở nên khả thi."
Hãy tưởng tượng một ngày nào đó, bạn có thể sử dụng camera điện thoại để kiểm tra độ tươi của thực phẩm, phân tích tình trạng da của mình, hoặc xác định các chất gây ô nhiễm trong không khí và nước. Đó chính là tương lai mà công nghệ đột phá này hứa hẹn sẽ mang lại.
Quang phổ kế siêu nhỏ do nhóm nghiên cứu ở Đại học North Carolina thiết kế
Một phòng thí nghiệm hóa học thu nhỏ
Quang phổ kế là một công cụ khoa học quan trọng, hoạt động bằng cách phân tích cách vật liệu tương tác với ánh sáng để xác định các tính chất hóa học và vật lý của chúng. Công cụ này được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, từ chẩn đoán y tế, giám sát môi trường cho đến kiểm soát chất lượng sản xuất. Tuy nhiên, các thiết bị truyền thống thường có kích thước lớn, phức tạp và đắt tiền.
Nhóm nghiên cứu tại NC State, do giáo sư Brendan O’Connor dẫn đầu, đã tạo ra một thiết bị có thể thực hiện chức năng tương tự nhưng lại đủ nhỏ để có thể tích hợp vào một chiếc điện thoại.
Công nghệ đột phá
Không giống như các quang phổ kế thông thường cần các thiết kế quang học phức tạp, thiết bị mới này hoạt động dựa trên một cảm biến quang được thiết kế đặc biệt. Độ nhạy của cảm biến này có thể thay đổi tùy theo mức điện áp được áp dụng lên nó.
Bằng cách quét qua một dải điện áp thấp (dưới một volt) và ghi lại phản ứng của cảm biến, các nhà khoa-học-có-thể tính toán và tái tạo lại toàn bộ quang phổ ánh sáng mà vật liệu phản xạ hoặc truyền qua. Toàn bộ quá trình này diễn ra trong chưa đầy một phần nghìn giây.
"Quang phổ kế mới hoạt động ở điện áp thấp, phản ứng nhanh và duy trì độ nhạy cao trên một dải bước sóng ánh sáng rộng," giáo sư O’Connor cho biết. Trong các thử nghiệm, nguyên mẫu này đã chứng minh được độ chính xác tương đương với các quang phổ kế thông thường trong phòng thí nghiệm.
Tương lai ứng dụng trên smartphone
Thành công này được xem là bước đi đầu tiên hướng tới việc thương mại hóa sản phẩm. "Về lâu dài, mục tiêu của chúng tôi là đưa quang phổ kế ra thị trường tiêu dùng," ông O’Connor nói. "Kích thước và nhu cầu năng lượng của công nghệ mới này làm cho nó khả thi để tích hợp vào điện thoại thông minh, khiến một số ứng dụng thú vị trở nên khả thi."
Hãy tưởng tượng một ngày nào đó, bạn có thể sử dụng camera điện thoại để kiểm tra độ tươi của thực phẩm, phân tích tình trạng da của mình, hoặc xác định các chất gây ô nhiễm trong không khí và nước. Đó chính là tương lai mà công nghệ đột phá này hứa hẹn sẽ mang lại.
