Spektrometri on valon spektriä mittaava laite, jota käytetään laajasti teollisuudessa ja tieteellisessä tutkimuksessa. Optisilla spektrometreillä voidaan tutkia niin miljoonien valovuosien päässä olevia galakseja kuin proteiinimolekyylien ominaisuuksia. Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat yhdessä kansainvälisten kollegoidensa kanssa kehittäneet maailman pienimmän, vain yksittäisestä nanolangasta koostuvan spektrometrin. Cambridgen yliopiston johtama tutkimus julkaistiin juuri Science-lehdessä.
Suurin osa spektrometreista mittaa valon eri spektrikomponentteja erillisillä elementeillä, mikä tekee laitteiden kutistamisesta kolikkoa pienemmiksi haastavaa. Nyt kehitetty laite on kooltaan vain alle tuhannesosa aiemmissa tutkimuksissa kehitetyistä laitteista. Tutkijat käyttivät nanolankaa, jonka materiaalikoostumus vaihtelee sen eri kohdissa. Nanolangan eri osiot reagoivat näkyvän valon spektrin eri väreihin. Osioista saatavat yksittäiset vasteet syötetään tietokonealgoritmiin, jolla voidaan rekonstruoida saapuvan valon spektri.
”Nanolangan ainutlaatuinen rakenne mahdollistaa valon eri värien tehokkaan erottelun”, sanoo professori Zhipei Sun Aalto-yliopistosta.
”Lähestymistapamme mahdollistaa spektroskopialaitteiden ennennäkemättömän pienentämisen. Ne voidaan asentaa suoraan älypuhelimiin ja saada näin laboratorion tehokkaat analyysitekniikat käden ulottuville”, sanoo tutkimusta johtanut Tawfique Hasan Cambridgen yliopistosta.
Yksi lupaavimmista käyttökohteista on biologia. Koska laite on niin pieni, sillä voidaan kuvantaa yksittäisiä soluja suoraan ilman mikroskooppia. Toisin kuin muissa kuvantamistekniikoissa, nanolankaspektrometrilla kerätyt tiedot sisältävät yksityiskohtaisen analyysin jokaisen pikselin kemiallisesta sormenjäljestä.
Älypuhelimeen asennettua nanospektrometriä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi elintarvikkeiden tuoreuden tai lääkkeiden laadun arvioinnissa sekä väärennettyjen esineiden tunnistamisessa.
”Uusia nanolankalaitteita, joilla on ennätysmäinen peittoalue ja laaja spektrivaste, voidaan hyödyntää hyvin erilaisissa akateemisissa ja teollisissa sovelluksissa, kuten biologisissa implanteissa ja puettavissa älylaitteissa”, Zhipei Sun sanoo.
Aalto-yliopistossa tutkitaan nanolankojen valmistusta ja ominaisuuksia sekä kehitetään niiden avulla uusia sovellutuksia fotoniikkaan ja kvanttiteknologiaan.
Julkaisutiedot:
Zongyin Yang et al. ‘Single nanowire spectrometers.’ Science (2019). DOI: 10.1126/science.aax8814
Teemme Elektroniikan ja nanotekniikan laitoksella laaja-alaista tutkimusta sähkömagneettisen, mikro- ja nanoteknologian, radiotekniikan ja avaruusteknologian aloilla. Ensimmäinen suomalainen satelliitti Aalto-1 toteutettiin laitoksella opiskelijahankkeena.
