最近幾年來(lái)，光譜儀的小型化已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。在人們?nèi)粘Ｉ钏玫氖謾C(jī)中，大部分都有一個(gè)攝像頭，這個(gè)攝像頭實(shí)際上就是傳統(tǒng)數(shù)碼照相機(jī)的小型化。作為一個(gè)成像設(shè)備，手機(jī)攝像頭無(wú)法讀出被拍攝物體的光譜信息（沒(méi)有定量的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，不利于檢測(cè)特定分子或者原子，也無(wú)法評(píng)估特定波長(zhǎng)的光對(duì)人體的影響）。隨著人們生活水平的提高，在實(shí)際的高質(zhì)量生活中，人們對(duì)一些物體的光譜信息已經(jīng)有了很高的需求：比如，人們需要測(cè)試一下新買(mǎi)電腦顯示器的藍(lán)光輻射劑量有沒(méi)有超標(biāo)；人們也需要測(cè)量一下衛(wèi)生巾里的熒光劑有沒(méi)有超標(biāo)；人們?cè)谫I(mǎi)水果的時(shí)候也想知道面前的兩個(gè)西瓜哪個(gè)更甜一些。要滿(mǎn)足這些現(xiàn)實(shí)生活的需求，我們需要一臺(tái)小型的廉價(jià)的光譜儀。

在光譜儀器業(yè)界，人們最渴望的是把光譜儀也集成在手機(jī)的攝像頭里。

這種渴望是可以被實(shí)現(xiàn)的嗎？為了回答這個(gè)問(wèn)題，蝌蚪君獨(dú)家專(zhuān)訪(fǎng)了清華大學(xué)電子工程系博士生導(dǎo)師、量子點(diǎn)光譜儀的開(kāi)拓者鮑捷。

誰(shuí)是鮑捷？

鮑捷告訴蝌蚪君，他1983年出生在山西太原，后來(lái)在山西省實(shí)驗(yàn)中學(xué)讀高中（該學(xué)校是晚清名臣張之洞創(chuàng)辦的，是一所歷史名校）。2002年，鮑捷考入清華大學(xué)化學(xué)系，主要是跟隨李亞棟教授（主要從事無(wú)機(jī)納米材料合成化學(xué)研究，后來(lái)2011年被評(píng)為院士）做研究。

讀本科期間，鮑捷特別活躍，不但擔(dān)任班長(zhǎng)，還在學(xué)生會(huì)工作，同時(shí)他還在清華大學(xué)軍樂(lè)隊(duì)吹長(zhǎng)號(hào)，也參加一些全國(guó)性的大學(xué)生藝術(shù)比賽。

蝌蚪君：“你參加那么多活動(dòng)會(huì)影響你的學(xué)業(yè)嗎？”

鮑捷：“不會(huì)啊，這就好像鍛煉身體一樣，運(yùn)動(dòng)鍛煉回來(lái)腦子會(huì)更清晰，學(xué)習(xí)與工作效率也會(huì)更高。”

本科畢業(yè)以后，在李亞棟教授的建議下，鮑捷來(lái)到美國(guó)布朗大學(xué)留學(xué)，一開(kāi)始他還是繼續(xù)本科期間的磁性納米材料的研究方向，后來(lái)他改行從事功率在毫瓦級(jí)別的飛秒激光對(duì)一些有機(jī)分子的作用研究，所謂飛秒激光，一般來(lái)說(shuō)是時(shí)間尺度上為10的-15次方秒的激光脈沖。也正因此這次研究方向的改變，使得鮑捷不但有了納米材料的知識(shí)，而且也有了光譜學(xué)的知識(shí)，這為他后來(lái)提出“量子點(diǎn)光譜儀”技術(shù)思想奠定了一定的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

2010年，鮑捷從布朗大學(xué)提前一年博士畢業(yè)，他來(lái)到波士頓的麻省理工學(xué)院做博士后研究。在這一階段，鮑捷覺(jué)得自己應(yīng)該去開(kāi)發(fā)一款儀器，“不但有實(shí)用性，而且還要有商業(yè)價(jià)值”，他設(shè)想用一種叫做“量子點(diǎn)”的納米材料做一臺(tái)小型化的光譜儀，這種光譜儀可以集成到手機(jī)攝像頭里。

量子點(diǎn)與光譜的關(guān)系

隨著《上帝擲骰子嗎？量子力學(xué)史話(huà)》以及《日出：量子力學(xué)與相對(duì)論》等科普書(shū)籍的熱賣(mài)，“量子力學(xué)”這一新科技概念已經(jīng)開(kāi)始普及到中國(guó)老百姓的心中。所謂“量子點(diǎn)”實(shí)際上是一些尺寸在納米級(jí)別的材料。所謂“納米”就是10的-9次方米，1納米放大10億倍就是1米。

在納米尺度，鮑捷意識(shí)到一種“波長(zhǎng)與尺度的相關(guān)性”，也就是說(shuō)，一個(gè)量子點(diǎn)就好像是一個(gè)氣球，它是可大可小的，這個(gè)氣球尺寸大小的不同，會(huì)發(fā)出（或者吸收）不同顏色（也就是波長(zhǎng)）的光。

這個(gè)現(xiàn)象可以用量子力學(xué)來(lái)解釋?zhuān)鳛橐粋€(gè)具有一定商業(yè)敏感性的科學(xué)家，鮑捷意識(shí)到，這個(gè)“波長(zhǎng)與尺度的相關(guān)性”可以被用來(lái)開(kāi)發(fā)一款小型的光譜儀，這背后可能有巨大的市場(chǎng)。于是，在美國(guó)麻省理工學(xué)院的鮑捷把這個(gè)想法寫(xiě)成了美國(guó)專(zhuān)利，作為他商品化產(chǎn)業(yè)化這種小型光譜儀的第一步（在專(zhuān)利保護(hù)領(lǐng)域，不需要做出實(shí)際產(chǎn)品，只需要畫(huà)出產(chǎn)品的基本原理思想就可以先申請(qǐng)專(zhuān)利）。

隨后，通過(guò)一個(gè)叫做“科信”的手機(jī)app軟件（科信在科學(xué)家中間比較流行，因?yàn)榭梢詫?xiě)公式，所以相當(dāng)于一個(gè)科學(xué)家們用的微信），鮑捷把這個(gè)做小型光譜儀的核心思想告訴了他的師姐曾蓓教授。曾蓓當(dāng)時(shí)在加拿大，也覺(jué)得這個(gè)想法切實(shí)可行，鼓勵(lì)鮑捷對(duì)這個(gè)想法進(jìn)行深入研究與探索。

量子點(diǎn)光譜儀的技術(shù)細(xì)節(jié)

太陽(yáng)是我們地球上的人類(lèi)最常見(jiàn)的光源，我們?nèi)祟?lèi)是在太陽(yáng)附近進(jìn)化出來(lái)，因?yàn)槲覀內(nèi)祟?lèi)的眼睛進(jìn)化過(guò)程實(shí)際上受到太陽(yáng)溫度的控制。太陽(yáng)的溫度決定了發(fā)射出來(lái)的太陽(yáng)光的主要波長(zhǎng)在500納米左右，因此我們?nèi)祟?lèi)能看到的可見(jiàn)光的波長(zhǎng)也在500納米附近。比200納米波長(zhǎng)更短的光，一般被稱(chēng)為紫外線(xiàn)，對(duì)人類(lèi)的皮膚有一定的破壞作用，長(zhǎng)時(shí)間在紫外線(xiàn)下照耀可能會(huì)引起皮膚癌。

鮑捷告訴蝌蚪君，在美國(guó)有很多人喜歡曬太陽(yáng)，因?yàn)槊绹?guó)白人本身就缺乏黑色素，所以更容易得皮膚癌。因此鮑捷覺(jué)得一個(gè)能測(cè)出不同波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)含量的小型光譜儀如果集成到手機(jī)里肯定會(huì)受到美國(guó)市場(chǎng)的歡迎，這也成了他探索量子點(diǎn)光譜儀的一個(gè)潛在的商業(yè)動(dòng)機(jī)。

蝌蚪君：“你研發(fā)的那個(gè)量子點(diǎn)光譜儀對(duì)紫外到紅外的各個(gè)波長(zhǎng)都有響應(yīng)，那么這些量子點(diǎn)是同一種無(wú)機(jī)材料嗎？“

鮑捷：“不是，我們使用好幾種不同的量子點(diǎn)材料，來(lái)覆蓋比較寬的光譜范圍?！?/p>

說(shuō)完這句話(huà)，鮑捷向蝌蚪君展示了覆蓋不同波長(zhǎng)處的量子點(diǎn)材料的一張“核心技術(shù)資料圖”。

蝌蚪君：“聽(tīng)說(shuō)你原來(lái)一開(kāi)始是拿量子點(diǎn)來(lái)做太陽(yáng)能薄膜電池，這個(gè)不需要考慮光譜分辨率。但是后來(lái)你用它做光譜儀——但很明顯，量子點(diǎn)的尺寸大小是離散的，不同的尺寸對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng)，因此你只能在一些分立的波長(zhǎng)上來(lái)檢測(cè)光譜，而不能像光柵光譜儀那樣做到連續(xù)的光譜檢測(cè)?！?/p>

鮑捷：“你說(shuō)的對(duì)，但我們可以用很多不同尺寸的量子點(diǎn)來(lái)連續(xù)逼近，中間不連續(xù)的部分我們可以在數(shù)據(jù)處理的時(shí)候人工擬合起來(lái)?？傮w上我們的設(shè)計(jì)已經(jīng)有比較好的分辨率，可以滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)與生活中的很多光譜檢測(cè)的需求。而且，我們的量子點(diǎn)光譜儀具有很強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)?！?/p>

蝌蚪君對(duì)鮑捷的采訪(fǎng)持續(xù)了1個(gè)小時(shí)，作為“青年千人”科學(xué)家 ，鮑捷年輕而且?guī)洑?，具有?qiáng)烈的實(shí)干精神。他是一個(gè)能把科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際生活的創(chuàng)新型人才，而不是那種書(shū)呆子式的研究者。蝌蚪君相信，未來(lái)有一天，我們的手機(jī)攝像頭里可能會(huì)裝上鮑捷等人開(kāi)發(fā)的小型光譜儀。