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 siêu nhỏ. Thiết bị này có kích thước chỉ vài milimét vuông, đủ nhỏ để được tích hợp vào điện thoại thông minh và các thiết bị nhỏ gọn khác, mở ra khả năng phân tích hóa học tiên tiến ở bất cứ đâu.

Quang phổ kế là một công cụ không thể thiếu trong việc nghiên cứu cách vật liệu tương tác với ánh sáng, giúp xác định các tính chất hóa học và vật lý của chúng. Ứng dụng của quang phổ kế rất rộng rãi, bao gồm chẩn đoán y tế, giám sát môi trường, thám hiểm không gian và kiểm soát chất lượng sản xuất. Việc tạo ra một quang phổ kế siêu nhỏ có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các thiết bị phân tích di động và tiết kiệm năng lượng.

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 nguyên mẫu quang phổ kế có khả năng phát hiện ánh sáng từ quang phổ cực tím đến cận hồng ngoại. Thiết bị này hoạt động 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 quang phổ kế siêu nhỏ này dựa trên việc quét qua điện áp dưới một volt và ghi lại phản ứng của cảm biến. Dữ liệu thu được sau đó được sử dụng để 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 quang phổ kế siêu nhỏ đã chứng minh độ chính xác tương đương với những quang phổ kế thông thường hiện có. Ngoài ra, nó cũng đạt được độ nhạy sánh ngang với cảm biến quang thương mại hiện đại.

Brendan O’Connor cho biết đây là bước tiến đầu tiên hướng tới việc thương mại hóa sản phẩm. Ông bày tỏ hy vọng rằng trong lâu dài, mục tiêu của nhóm nghiên cứu là đưa quang phổ kế vào thị trường tiêu dùng, giúp người dùng có thể dễ dàng thực hiện các phân tích hóa học tiên tiến ở bất cứ đâu.

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 di động khác. Điều này mở ra nhiều ứng dụng thú vị, từ giúp người dùng kiểm tra chất lượng nước ở nhà đến hỗ trợ các chuyên gia y tế chẩn đoán bệnh nhanh chóng và chính xác hơn.

Với sự phát triển của quang phổ kế siêu nhỏ, tương lai của phân tích hóa học di động và tiện lợi đang trở nên gần hơn. Các nhà nghiên cứu tại NC State tiếp tục hoàn thiện công nghệ và hướng tới việc đưa sản phẩm ra thị trường, hứa hẹn sẽ mang lại những cơ hội mới cho nhiều lĩnh vực khác nhau.

Đại học North Carolina tại Raleigh, Bắc Carolina, là một trong những trường đại học hàng đầu của Mỹ trong lĩnh vực kỹ thuật và khoa học.