El ‘laboratorio en un chip’ de análisis de luz abre la puerta al uso generalizado de espectrofotómetros portátiles

Los científicos, incluido un investigador de materiales de la Universidad Estatal de Oregón, han desarrollado una mejor herramienta para medir la luz, contribuyendo a un campo conocido como espectrofotometría de una manera que podría mejorar todo, desde las cámaras de los teléfonos inteligentes hasta el monitoreo ambiental.

El estudio, publicado hoy en Cienciasdirigido por la Universidad Aalto de Finlandia y resultó en un proyecto pequeño y muy poderoso espectrómetro Se adapta a un chip electrónico y funciona con inteligencia artificial.

La investigación involucró una clase relativamente nueva de materiales ultrafinos conocidos como semiconductores 2D, y el resultado es un espectrómetro de prueba de concepto que se puede integrar fácilmente en una variedad de tecnologías, incluidas plataformas de inspección de calidad, sensores de seguridad, analizadores biomédicos y telescopios espaciales. .

«Hemos mostrado una forma de construir espectrómetros mucho más pequeños que los que se usan hoy en día», dijo Ethan Minot, profesor de física en la Facultad de Ciencias de la Universidad Estatal de Ohio. «Los espectrómetros miden la fuerza de la luz en diferentes longitudes de onda y son muy útiles en muchas industrias y en todas las áreas de la ciencia para la identificación de muestras y la caracterización de materiales».

Minot dijo que los espectrómetros tradicionales requieren componentes ópticos y mecánicos voluminosos, mientras que el nuevo dispositivo podría caber en la punta de un cabello humano. La nueva investigación sugiere que estos componentes podrían reemplazarse por nuevos materiales semiconductores y de inteligencia artificial, lo que permitiría reducir significativamente los espectrómetros de los más pequeños existentes, que son aproximadamente del tamaño de una uva.

Nuestro espectrómetro no requiere ensamblaje óptico separado y componentes mecánicos «O diseños de matrices para dispersar y filtrar la luz. Además, pueden lograr una alta resolución similar a los sistemas de almohadillas pero en un paquete mucho más pequeño», dijo Hon Han Yun, quien dirigió el estudio con su colega de la Universidad Aalto, Zhipei Sun Yoon.

Los investigadores dicen que el dispositivo es 100 por ciento controlable eléctricamente en términos de los colores de la luz que absorbe, lo que le otorga un enorme potencial de escalabilidad y facilidad de uso a gran escala.

‘Fusionar directamente en dispositivos portables Al igual que los teléfonos inteligentes, los drones pueden mejorar nuestra vida diaria. «Imagínese que la próxima generación de Cámaras de teléfonos inteligentes Podrían ser cámaras de ultra espectro».

Estas cámaras hiperespectrales pueden capturar y analizar información no solo de longitudes de onda visibles, sino que también permiten el análisis y la obtención de imágenes infrarrojas.

«Es emocionante que nuestro espectrómetro abra posibilidades para todo tipo de nuevas herramientas e instrumentos cotidianos para hacer ciencia nueva también», dijo Minot.

En medicina, por ejemplo, ya se está probando la capacidad de los espectrofotómetros para identificar cambios sutiles en el tejido humano, como la diferencia entre tumores y tejido sano.

por monitoreo ambientalMinot agregó que los espectrómetros pueden detectar exactamente qué tipo de contaminación hay en el aire, el agua o la tierra, y en qué cantidad.

«Sería bueno tener espectrómetros portátiles de bajo costo que hagan el trabajo por nosotros», dijo. «Y en el entorno educativo, la enseñanza práctica de los conceptos científicos será más eficaz con espectrofotómetros incorporados de bajo costo».

Minot dijo que también hay muchas aplicaciones para aficionados orientados a la ciencia.

«Si está interesado en la astronomía, podría estar interesado en medir el espectro de luz que recolecta con su telescopio y obtener esta información que identifica una estrella o un planeta», dijo. «Si la geología es tu pasatiempo, puedes identificar las piedras preciosas midiendo el espectro de luz que absorben».

Minot cree que a medida que avance el trabajo con semiconductores 2D, «descubriremos rápidamente nuevas formas de utilizar sus nuevas propiedades ópticas y electrónicas». La investigación en semiconductores 2D ha sido seria durante solo doce años, comenzando con el estudio del grafeno, el carbono dispuesto en una red de panal de abeja de un átomo de espesor.

«Es realmente emocionante», dijo Minot. «Creo que continuaremos logrando avances interesantes mediante el estudio de semiconductores 2D».

Además de Minot, Yun y Sun, la colaboración incluyó a científicos de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, la Universidad de Zhejiang, la Universidad de Sichuan, la Universidad de Yonsei y la Universidad de Cambridge, así como a otros investigadores de la Universidad Aalto.