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 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 cho người dùng phổ thông.
Quang phổ kế là một công cụ khoa học quan trọng được sử dụng để 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 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. Tuy nhiên, các quang phổ kế truyền thống thường có kích thước lớn, đòi hỏi thiết kế quang học phức tạp và tiêu thụ nhiều 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 thành công trong việc tạo ra nguyên mẫu quang phổ kế có kích thước siêu nhỏ. Thiết bị này có khả năng phát hiện ánh sáng trong phạm vi từ quang phổ cực tím đến cận hồng ngoại. Công nghệ này sử dụng cảm biến quang được thiết kế đặc biệt, có độ nhạy thay đổi tùy thuộc vào 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 tính toán để tái tạo toàn bộ quang phổ ánh sáng phản xạ hoặc truyền qua vật liệu. 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 của quang phổ kế siêu nhỏ đã chứng minh độ chính xác tương đương với các quang phổ kế thông thường. Ngoài ra, nó cũng đạt được độ nhạy tương đương với cảm biến quang thương mại hiện có trên thị trường.
Brendan O’Connor cho biết đây là bước tiến đầu tiên hướng tới việc thương mại hóa sản phẩm. Ông cũng bày tỏ hy vọng rằng trong tương lai, mục tiêu của họ là đưa quang phổ kế vào thị trường tiêu dùng. Với kích thước nhỏ gọn và nhu cầu năng lượng thấp, công nghệ mới này hoàn toàn có khả năng được tích hợp vào điện thoại thông minh và các thiết bị cầm tay khác, mở ra nhiều ứng dụng thú vị và tiện ích cho người dùng.
Một trong những tiềm năng lớn của công nghệ này là khả năng phân tích hóa học trực tiếp trên hiện trường, thay vì cần phải mang mẫu đến phòng thí nghiệm. Điều này có thể giúp giảm thời gian và chi phí cho nhiều quy trình, từ kiểm tra chất lượng thực phẩm đến chẩn đoán bệnh. Bên cạnh đó, khả năng tích hợp vào thiết bị di động cũng mở ra cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng mới trong lĩnh vực y tế, môi trường và nhiều lĩnh vực khác.
Nhìn chung, phát triển này không chỉ đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực phân tích hóa học mà còn hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong tương lai.
