Các nhà nghiên cứu tại Đại học North Carolina (NC State) đã tạo ra một bước đột phá trong lĩnh vực phân tích hóa học với sự ra đời của một quang phổ kế siêu nhỏ. Thiết bị này có kích thước chỉ vài milimét vuông, mở ra khả năng tích hợp vào điện thoại thông minh và các thiết bị nhỏ gọn khác để cung cấp công cụ phân tích hóa học tiên tiến.
Quang phổ kế đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích cách vật liệu tương tác với ánh sáng, từ đó giúp xác định các tính chất hóa học và vật lý của chúng. Ứng dụng của công nghệ này rất đa dạng, bao gồm chẩn đoán y tế, giám sát môi trường, thám hiểm không gian và kiểm soát chất lượng sản xuất. Việc phát triển một quang phổ kế có kích thước siêu nhỏ nhưng vẫn duy trì được độ chính xác và độ nhạy cao là một thách thức không nhỏ.
Nhóm nghiên cứu tại NC State, dẫn đầu bởi Brendan O’Connor, giáo sư kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ, đã thành công trong việc tạo ra nguyên mẫu của quang phổ kế siêu nhỏ. Thiết bị này có khả năng phát hiện ánh sáng trong phạm vi từ quang phổ cực tím đến cận hồng ngoại. Nguyên tắc hoạt động của nó dựa trên cảm biến quang được thiết kế đặc biệt, có độ nhạy có thể thay đổi tùy theo điện áp áp dụng.
Quá trình hoạt động của thiết bị diễn ra nhanh chóng và hiệu quả. 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 và tái tạo toàn bộ quang phổ ánh sáng phản xạ hoặc truyền qua vật liệu. Điều đáng chú ý là quá trình này diễn ra trong chưa đầy một phần nghìn giây, mà không cần thiết kế quang học phức tạp hoặc đầu vào điện áp cao.
Trong các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm, nguyên mẫu đã chứng minh độ chính xác tương đương với những quang phổ kế thông thường hiện có. Đồng thời, nó cũng đạt được độ nhạy sánh ngang với cảm biến quang thương mại có sẵn trên thị trường. Những kết quả này cho thấy tiềm năng lớn của thiết bị siêu nhỏ này trong việc cung cấp thông tin chi tiết về các tính chất hóa học và vật lý của vật liệu.
Giáo sư Brendan O’Connor và nhóm nghiên cứu của ông đánh giá đây là bước tiến đầu tiên hướng tới việc thương mại hóa sản phẩm. Trong tương lai, họ hy vọng có thể đưa công nghệ này ra thị trường tiêu dùng, giúp phổ biến việc sử dụng quang phổ kế trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Kích thước nhỏ gọn và nhu cầu năng lượng thấp của công nghệ mới này làm cho nó trở nên khả thi để tích hợp vào điện thoại thông minh và các thiết bị cầm tay khác. Điều này mở ra nhiều ứng dụng thú vị và tiềm năng trong tương lai, từ hỗ trợ chẩn đoán y tế nhanh chóng cho đến các giải pháp giám sát môi trường và sản xuất thông minh.
Đại học North Carolina đã và đang tiếp tục thúc đẩy các nghiên cứu và phát triển công nghệ tiên tiến, góp phần vào sự tiến bộ của khoa học và công nghệ trên toàn thế giới.
