スマホのカメラがで医薬品を分析ー史上最少の分光計

●   研究者は、人間の髪の毛の1000分の1の薄さの最小の分光計を開発

●   スマートフォンカメラから、医薬品の品質や食品の鮮度などを評価できる可能性

1666年、アイザック・ニュートンがプリズムを通して白色光を曲げる実験は、分光法という新しい現象の種をまきました。それは物質と電磁放射との間の相互環境の研究を含みます。

光学分光計は今や必要負不可欠な機器になりました。たんぱく質分子の特性の分析から、数百万光年離れた銀河星雲内のプロセスの観測まで、科学研究の幅広い分野で使用されています。

しかし、今日でもほとんどの分光器は、ニュートンが17世紀に実証した基本原理、つまり光をさまざまなスペクトル成分に分離することに依存しています。これが、分光計のサイズと複雑さを減らすことが非常に難しい理由です。周りを見渡せば、コインより小さな分光計は見つかりません。

最近、ケンブリッジ大学の研究者たちは、既存の分光計の1000分の１小さい新しい分光計を開発しました。単一のナノワイヤを使用して構築された史上最小の分光計です。

小型化された分光器

ナノワイヤの材料組成はその長さに沿って変化するため、可視スペクトラム全体のさまざまな光の色に反応します。研究者は、ナノワイヤ上に一連の光応答性セグメントを構築しました。

このナノワイヤにはプリズムなどの分散性構造を含んでおらず、往来の分光計よりもはるかにシンプルです。ナノワイヤの個々のセグメントから得たデータは、データを入射光スペクトラムに変換するコンピュータプログラムに直接組み込むことができます。

プログラムは、光電流を精査し、相互参照法をナノワイヤに沿った一連の点のそれぞれについて事前に較正された応答関数を使用して相互参照することにより、入射光信号を再構築します。十分な数のポイントがあれば、単色スペクトルと広帯域スペクトラムの両方を正確に再構築できます。

どれくらいの詳細を提供できるのか？

写真の情報はピクセル単位で保存されます。これは通常、赤、緑の3つの要素に限定されています。これらの3つの光は、様々な方法で組み合わされ、様々な色を再現します。

一方、新しいデバイスでは、各ピクセルは可視スペクトラム全体からのデータポイントで構成されます。したがって、人間の目が感知できる色をはるかに超えた詳細な情報を提供できます。例えば、画像のフレーム内で発生する化学プロセスについての洞察を得ることができます。

用途

このデバイスは、医薬品の品質、食品の鮮度を評価し、偽物品を特定するために使用できます。顕微鏡を必要とせず単一細胞を直接捉えることができます。

分光計は非常に小さいため、スマートフォンに直接組み込むことができます。この技術は文字通り、研究所から私たちの手のひらまで、強力な分析プロセスを導入することができます。

さらに、異なる組成工学によるナノワイヤの成長は、赤外線から紫外線までの任意の波長範囲で動作するまったく新しい世代の小型分光計につながる可能性があります。スマートウェアラブルデバイス、生物学的インプラント、ラボオンチップシステムなどさまざまな産業、研究、消費者向けアプリケーションで使用できます。