Các nhà nghiên cứu tại Đại học North Carolina (NC State) đã đạt được một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực phân tích hóa học với việc phát triển một quang phổ kế có kích thước siêu nhỏ. Thiết bị này không chỉ có thể cung cấp công cụ phân tích hóa học tiên tiến cho điện thoại thông minh và các thiết bị nhỏ gọn khác mà còn mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong tương lai.
Quang phổ kế là một công cụ quan trọng trong việc phân tích cách vật liệu tương tác với ánh sáng, giúp xác định tính chất hóa học và vật lý của chúng. Ứng dụng của nó rất đa dạng, từ chẩn đoán y tế, giám sát môi trường đến thám hiểm không gian và kiểm soát chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, các quang phổ kế truyền thống thường có kích thước lớn và yêu cầu thiết kế quang học phức tạp, khiến chúng khó tích hợp vào các thiết bị di động.
Nhóm nghiên cứu tại NC State, dẫn đầu bởi Brendan O’Connor, giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ, đã tạo ra một nguyên mẫu quang phổ kế có kích thước chỉ vài milimét vuông. Kích thước nhỏ gọn này cho phép thiết bị được đặt trực tiếp trên điện thoại thông minh hoặc các bộ cảm biến khác. Mặc dù nhỏ nhưng thiết bị này có khả năng phát hiện ánh sáng từ quang phổ cực tím đến cận hồng ngoại, cung cấp một phạm vi phân tích rộng.
Thiết bị hoạt động dựa trên cảm biến quang được thiết kế đặc biệt, có độ nhạy thay đổi tùy theo điện áp áp dụng. Bằng cách quét qua điện áp dưới một volt và ghi lại phản ứng của cảm biến, các nhà nghiên cứu có thể tính toán để tái tạo toàn bộ quang phổ ánh sáng phản xạ hoặc truyền qua vật liệu. Quá trình này diễn ra trong chưa đầy một phần nghìn giây, không đòi hỏi thiết kế quang học phức tạp hoặc đầu vào điện áp cao.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nguyên mẫu đã chứng minh độ chính xác tương đương với những quang phổ kế thông thường. Nó cũng đạt được độ nhạy sánh ngang với cảm biến quang thương mại có sẵn. Điều này cho thấy tiềm năng của thiết bị trong việc cung cấp kết quả phân tích chính xác và đáng tin cậy.
Brendan O’Connor cho biết đây là bước tiến đầu tiên hướng tới sản phẩm thương mại và ông hy vọng rằng về lâu dài, mục tiêu của họ là đưa quang phổ kế ra thị trường tiêu dùng. Kích thước nhỏ gọn và nhu cầu năng lượng thấp của công nghệ mới này làm cho nó khả thi để tích hợp vào điện thoại thông minh, mở ra nhiều ứng dụng thú vị trong tương lai.
Một số ứng dụng tiềm năng của công nghệ này bao gồm chẩn đoán y tế tại chỗ, giám sát môi trường theo thời gian thực và phân tích chất lượng thực phẩm. Với khả năng tích hợp vào các thiết bị di động, người dùng có thể thực hiện các phép đo và phân tích ngay tại hiện trường, giảm thiểu thời gian và chi phí.
Tổng thể, việc phát triển quang phổ kế siêu nhỏ này đại diện cho một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực phân tích hóa học. Với tiềm năng ứng dụng rộng rãi và khả năng tích hợp vào các thiết bị di động, công nghệ này có thể mang lại nhiều lợi ích cho nhiều lĩnh vực khác nhau.