用手機拍一下
就能知道
牛奶是否變質？
戶外PM2.5指數是多少？
自己身體是否健康？
這就是中關村示範區前沿技術企業
研發的微型光譜儀
通過對量子點納米材料的創新應用
他們將實驗室裡昂貴且龐大的科學儀器
放在了手機鏡頭上
使得這項神奇的功能
即將成為現實
關於芯視界：芯視界（北京）科技有限公司是一家來自中關村示範區的高新科技企業。成立至今，芯視界通過不斷的技術革新和應用探索，開啟以“量子點光譜傳感技術”解碼萬物的新時代；實現對物質的智能化實時實地檢測、鑑別和監控。在科研、環保、工業、農業、醫療、食品、教育、航空航天等多個領域，重塑人們的生產和生活方式。未來芯視界將繼續推動科學探測、物聯網、大數據、AI、深度學習等技術在物質識別、智能探測領域的深入應用，展現科技的無限可能。
發現：一雙神奇的眼睛
肉眼看上去完全一樣的兩杯牛奶，要如何分辨他們的營養價值呢？
其實很簡單，只要用光譜儀照一下就可以了。在光譜儀的“眼睛”裡，這兩杯牛奶顯示的“顏色”（光波）可能完全不同。
這是因為不同質量和成分的牛奶對光波的反射率不同，所以在光譜儀的視角里兩杯牛奶會呈現出不同的光譜圖。利用光譜的手段可以快速便捷地分析牛奶中蛋白質、脂肪含量等營養信息。未來，再結合人體的健康指徵，還能幫助我們選擇適合自身體質的牛奶品類。
光譜儀能擁有如此神奇的“眼睛”，在於它對光波的解析與識別。光波是由原子內部運動電子產生的，因此不同的物質發射的光波也不同，這就好像是與生俱來的身份證，是辨別物質最簡單也最準確的方式。通常人眼可以分辨的光波範圍被稱為可見光，而物質時時刻刻所發出的光波中，大多數並不能被人眼分辨，光譜儀卻是一雙可以分辨所有光波的神奇“眼睛”。
光譜儀作為將成分複雜的光分解為光譜線的科學儀器，可以通過對光信息的抓取，以照相底片顯影，或電腦化自動顯示數值的儀器進行顯示和分析，探知物質的成分、含量等信息。這種技術被廣泛地應用於空氣汙染、水汙染、食品衛生、金屬工業等的檢測中。
既然光譜儀這麼神奇，功能又非常實用，那為什麼在日常生活中沒能普及呢？原來，傳統的光譜儀受光柵分光的物理原理限制，體積就像一臺桌上打印機，無法隨意搬動，且價格在幾十萬上下。
有沒有什麼方法能將光譜儀小型化又經濟實惠呢？芯視界（北京）科技有限公司創始人鮑捷將量子點與光譜儀相結合，探索出了一條光譜儀微型化、傳感化的新路子。
創新：重構光譜儀結構
納米材料及納米技術的研究與應用，是鮑捷從本科時期就開始研究的領域。
最初，鮑捷主要在做量子點在太陽能電池、光檢測器領域的應用工作。他發現，調節量子點大小可以很方便地調節其顏色，這種不同於其他材料的突出特性卻並沒有在實際應用中得到充分利用。
不同尺寸量子點的顏色
另一方面，鮑捷一直關注著紫外線誘發皮膚癌方面的相關研究。紫外是一個波長的區域，同樣強度的短波長和長波長紫外光對皮膚造成傷害的差別非常大，但是通常人們對紫外的檢測並沒有將其區分開來。利用不同大小的量子點對光有不同的響應這一特點，以不同大小量子點製作檢測器並同時使用就可以檢測出不同波長的紫外光。
神奇的量子點：量子點是指由半導體材料製成，形態一般為球形或類球形，穩定直徑在2～20 nm的納米粒子。由於量子點非常微小，通常被製成溶液形態，從本質上來說，它其實就是一種可在微小範圍內進行調控的光敏半導體晶體。不同大小的量子點所呈現的顏色不同，同時也對應著不同的光學特性，正是基於這一特性，它成了用來辨別物質顏色或光譜的絕佳材選。
既然量子點在紫外區域可以有這樣的響應，那麼在全波長範圍內，是不是也會有這樣的響應？根據這個原理，充分利用量子點的可調節性，就可以做成一個光譜儀。經過調查，鮑捷發現這是一條前人從未走過的道路，所以他便將量子點納米技術和光譜方法進行結合，開始了量子點光譜儀的研究。
時間回到2013年，鮑捷帶領團隊採用新型量子點納米材料和納米技術，製作出了手機攝像頭大小的光譜傳感器。隨後，他們將這一成果公佈在了《自然》學術雜誌上。經過實驗檢驗，採用量子點光譜傳感器技術的新型光譜儀在分辨率、使用範圍和效率方面與現有設備性能一致。證明了他們將量子點納米技術和光譜方法結合，對光譜儀的結構、算法進行重新定義和設計的可行性。
從量子點到量子點光譜芯片
光譜儀終於變小了。鮑捷及其團隊自主研發的量子點光譜傳感器技術，可以將傳統實驗室裡龐大昂貴的光譜儀成千倍縮小到幾毫米平方的尺寸。隨著芯片、傳感器大規模量產，其價格也可以從原來幾十萬、幾百萬降至消費級水平，光譜儀這種只屬於科學試驗級的重要儀器，有了走入尋常百姓家的希望。
應用：水環境大數據監測溯源
經濟的快速發展，城市人口的增多，工業化進程的加快，大量的生活廢水、工業汙水對環境構成了很大的威脅。對汙水進行溯源分析，可以有效瞭解汙水排放的情況並對其進行監控，避免汙水源的擴散。
2019年底，北京市水務局在全北京36條大小河流、100個監測點部署了無人化、自動化、快速高效的水質監測微型終端，對入河排水口、閘口、考核斷面等多種典型位置開展實時動態監控。
而這些實時監控的核心，是芯視界結合實際應用需求，基於量子點光譜傳感技術而研發的水環境實時監測智能終端。它可實現水質實時、原位、在線監測，具有超低功耗、小巧靈活、安裝簡便、無需試劑、無二次汙染等優勢。將量子點光譜傳感技術的首個產業化成果落地在環保領域，也是芯視界踐行科技企業社會責任的初心。
相比站房式監測和人工採樣需要數小時甚至數天才能出具檢測結果，水環境實時監測智能終端從數據採集到輸出可在幾秒鐘內完成，真正實現快速高效作業。從數據採集-傳輸-分析-計算-自動告警-反饋-記錄，整個流程依靠芯視界的智能大數據算法自動完成。
此外，芯視界的“河長助手-海淀區河湖水質監測系統”，現已納入到海淀區“城市大腦”管理平臺中，對全海淀100多個水質監測點進行動態監控。在海淀區河道管理所的監測大屏上可以看到，一旦發現有人偷排汙水，系統就會第一時間報警提示，並同步至海淀區水務局相關工作人員手機APP上，提醒相關工作人員迅速反應，抓住試圖破壞環境的元兇。
今年3月初的一天，海淀區水務局工作人員就在手機上看到有河段報警，顯示有汙染。按照以往的經驗，這個地方的水質應該是很好的。於是工作人員到現場查看，根據報警的位置最終找到是某處井蓋錯位，導致了水質變化。如果還是以前的工作模式，就很難如此快速地發現問題。
這僅僅是芯視界量子點光譜傳感技術在環保領域的一次牛刀小試。
量子點光譜傳感技術應用方向
其實，量子點光譜傳感器技術不僅可以幫我們檢測水質質量，它還可以搭載到衛星上，進行太空探索，可以做成膠囊吞服，無痛苦完成胃鏡檢測，甚至可以搭載到無人機上，看看哪片土壤的農作物上缺乏微量元素……未來，芯視界將用其獨有的量子點光譜傳感器技術，開啟光譜信息化時代的大門。
