光谱仪是一种能够分辨不同光波强度的分析仪器，已被广泛地应用在天文、生物、化学、医学、环境学等多个领域。科学家长期致力于让光谱仪小型化、成本低廉以便其能应用于更广的范围，但收效甚微。清华大学电子工程系的国家青年千人计划入选者鲍捷，于2015年7月在《自然》杂志以第一作者及通讯作者身份发表论文《基于胶体量子点纳米材料的光谱仪》，提出了一种光谱仪微型化的新方法，这是国际上首次报道将胶体量子点纳米材料应用于微型光谱仪制作的研究。论文的另一作者是麻省理工学院化学系教授莫吉·巴旺迪(Moungi Bawendi)。

在论文中，鲍捷与合作者认为现有微型光谱仪的设计局限可以用胶体量子点克服，量子点是可调控的并且对光敏感的半导体纳米晶体，使用量子点可以在减小光谱仪体积的同时不影响其分辨率、使用范围和效率。

图：光谱仪的原理比较（利用基于光栅的分光计（图中最上面路径所示），光谱首先被分离为不同波段。然后各波段的光强度被单独测量。使用基于窄带滤波器的分光计（图中中间路径所示），只有光频谱种的一个波段光一次通过一个过滤器，这样就只能测量一个波段上的光强度。的频谱的不同频带被检测到具有不同的滤波器。这些过滤器和检测器可以是空间上或时间彼此分开;一组空间上分离的离散干涉滤光器如图所示。使用宽带滤波器为基础的分光计（图中底部路径所示），多个波段光谱同时通过每个宽带滤波器，到达一个单一的检测器，这样可以检测多个波段的光强度。将这个过程使用多个宽带滤波器进行重复测量，其中每个宽带滤波器得到的都不同。根据分离出的光谱，就可以重构出原始频谱。这个过程被称为波长多路复用。量子点分光计就是这里介绍的一种基于使用CQDs宽带过滤材料为宽带滤波器的分光计。）

图：量子点光谱仪的操作（a，一个基本的量子点光谱仪是由一组的CQD吸收滤光器和光检测器组成。光谱是通过放置检测器前面的CQD滤波器一次一个地进行测量光强度。b，传统的光谱仪测量需要每次使用不同的过滤器和不同的检测器，而量子点光谱仪通过使用阵列检测器，只使用一个检测器即可）

他们用195种胶体量子点纳米材料和普通数码相机的感光元件构成了一个微型光谱仪。每个量子点都对特定的光谱范围敏感，可以过滤各种波长的光并检测到非常小的光谱移位。这种方法为制作高性能、低造价、体积小于智能手机摄像头的微型光谱仪铺平了道路。其未来应用包括太空探索、个性化医疗、微流控芯片实验室诊断平台等。

同期的《自然》杂志发表专题编辑部评论，认为“两位科学家描述了一个小巧且功能强大的光谱仪，并可能以低廉的造价进入消费者电子产品，推进了光谱仪的进一步发展。”杂志还刊登了美国西北太平洋国家实验室科学家的专题评论文章，指出“这种优雅的将纳米技术与数码相机影像传感器集成的方法克服了多种现有技术所面临的困难”，“将来，我们可能会看到微小的、高分辨率的量子点光谱仪在太空任务或家居智能传感器和物联网中被应用。”

文章链接：A colloidal quantum dot spectrometer

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（本文资料来源：清华大学网站，CCTV，由e科网整理编辑）

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