Bir grup mühendis, parmak ucuna sığacak kadar küçük ve düşük voltajla çalışabilen devrim niteliğinde bir mini spektrometre geliştirdi. Bu cihaz, ultraviyoleden yakın kızılötesine kadar ışığı milisaniyeden kısa sürede tarayabiliyor. Geleneksel hacimli spektrometrelerin yerini alması beklenen bu yenilikçi cihaz, akıllı telefonlara entegre edilerek malzeme analizi, biyomedikal teşhis gibi güçlü uygulamaları cebimize taşıyabilir. Cihazın minyatür fotodedektörü, yalnızca voltaj değişimiyle ışığa olan duyarlılığını ayarlayabiliyor; bu da hız ve hassasiyeti piksel boyutunda bir cihazda mümkün kılıyor.
Kompakt Spektrometrede Çığır Açan Gelişme
Araştırmacılar, mevcut modellere kıyasla çok daha küçük ancak geniş bir spektrumda ışık dalga boylarını hassas biçimde algılayabilen bir spektrometre geliştirdi. Bu buluş, el tipi kompakt spektroskopi araçlarının önünü açıyor ve bu minyatür sensörlerin dizileriyle yüksek çözünürlüklü görüntüleme spektrometreleri üretmenin yolunu açabilir.
“Spektrometreler, ışığın çeşitli malzemelerle etkileşimi sonucu nasıl değiştiğini inceleyerek o malzemenin kimyasal ve fiziksel özelliklerini anlamamıza yardımcı olan kritik araçlardır,” diyor çalışmanın başyazarı ve North Carolina State Üniversitesi’nde makine ve uzay mühendisliği profesörü Brendan O’Connor. “Üretimden biyomedikal teşhise kadar birçok alanda kullanılıyorlar. Ancak piyasadaki en küçük spektrometreler bile hâlâ oldukça büyük.”
Piksel Boyutunda Spektrometre
“Biz, düşük voltajda çalışan, hızlı ve geniş bir ışık spektrumuna duyarlı bir spektrometre geliştirdik,” diyen O’Connor, “prototipimiz yalnızca birkaç milimetrekare büyüklüğünde – telefonunuza sığabilir. İsterseniz bunu bir piksel boyutuna kadar küçültebilirsiniz,” diye ekliyor.
Bu yenilikçi tasarım, ışığın bir maddeyle etkileşimi sonrasında farklı dalga boylarını algılayabilen minyatür bir fotodedektör kullanıyor. Fotodedektöre uygulanan voltaj ayarlanarak hangi dalga boylarına duyarlı olacağı kontrol edilebiliyor.
Milisaniye Hızında ve Düşük Güç Tüketimiyle Yüksek Hassasiyet
“Fotodedektöre hızlı şekilde farklı voltajlar uygular ve her voltajda algılanan ışığın dalga boylarını ölçerseniz, basit bir bilgisayar programı bu verilerle ışığın maddeyle etkileşiminden doğan özgün spektrumunu oluşturabilir,” diyor O’Connor. “Uygulanan voltaj aralığı bir volttan az ve tüm işlem bir milisaniyeden kısa sürede gerçekleşiyor.”
Daha önceki minyatür fotodedektör denemeleri karmaşık optikler gerektiriyor, yüksek voltaj kullanıyor veya geniş dalga boylarına yeterince duyarlı olamıyordu.
Yapılan ön testlerde bu piksel boyutundaki spektrometrenin, geleneksel spektrometrelerle aynı hassasiyette çalıştığı ve ticari fotodedektörlerle benzer duyarlılığa sahip olduğu görüldü.
“Uzun vadede amacımız, spektrometreleri tüketici pazarına taşımak,” diyen O’Connor, “bu teknolojinin boyutu ve enerji ihtiyacı, akıllı telefonlara entegre edilmesini mümkün kılıyor. Bu da heyecan verici birçok uygulamayı beraberinde getirebilir. Araştırma açısından da görüntüleme spektroskopisi, mikroskobik spektroskopi ve laboratuvarda faydalı olabilecek diğer uygulamalara erişimi artırıyor,” dedi.
