图 | 论文《光学光谱仪的小型化》
该论文已于 1 月 29 日清晨上线，论文题为《光学光谱仪的小型化》（Miniaturization of optical spectrometers）。
他研究的光谱和你我息息相关，你能看到的每种物质，都有对应的光谱旗子暗记。杨宗银见告 DeepTech，这是目前第一篇全面先容光谱仪文章，文中先容了四种光谱仪，并总结出该领域内的发展脉络，非常适宜新人入门、以及领域内学者补漏查缺。
图 | 杨宗银（来源：受访者）
光谱仪是近二十年来兴起的一种技能，它能通过丈量物质接管、或物质发射的谱线，去剖析其身分及构造，是科研和业界最常用的丈量工具之一。
这项技能本身要从 17 世纪提及，牛顿创造棱镜在折射太阳光后，会呈现彩虹色，光谱仪的出身正是基于这个色散实验。
通过检测光谱中的谱线强度，光谱仪可检测出物体上每种颜色的亮度。其运用大到天文，小到分子，比如它能检测几百万光年外的星系活动，还能检测纳米尺度中的分子构造。
图 | 小型化光谱器件领域
它的详细运用，更是非平日常。通过光谱旗子暗记可确定牛奶的身分，还可查看饮料糖分的高低，它还能识别水果或蔬菜中的含糖量、成熟度或酸碱度，也可通过皮肤照片来查看皮肤含水量。
由于光谱仪的光路繁芜，内部有着较多精密光学元件，这些元件造价很高，故此当前光谱仪价格普遍在几万元以上。
并且，此前光谱仪的事情事理，仍旧沿用四百多年前牛顿的实验事理，即利用棱镜或光栅分光元件，这导致光谱仪体积普遍比较弘大，因此很难知足更多运用。
而杨宗银做的事情，便是把本钱降到十到几十元，并能把它做的很小，可以集成得手表或手机中。
天下上最小的光谱仪，直径比头发丝还细2019 年，杨宗银在 Science 揭橥论文《单纳米线光谱仪》Single-nanowire spectrometers，这标志着天下上最小的光谱仪出身，其直径比头发回要细。
审稿人评价说，“纳米线光谱仪是一台凑集了目前天下上最前辈的材料合成工艺、配上最高超的器件制作水准和实验技巧、再加上奥妙的算法得到的惊艳之作。”
图 | 天下上最小的光谱仪（来源：受访者）
该事情的创新点在于，杨宗银用带隙渐变的分外纳米线，代替传统光谱仪中的分光和探测元件，并通过类似电脑芯片制作的工艺，在纳米线上加工出光探测器阵列。对付不同颜色的光，各种探测器可产生不同的相应。
基于此，他在相应函数方程组中，以逆问题求解的办法，重构出所需丈量的光谱信息。
图 | 光谱仪设计（来源：受访者）
以相机拍照为例，每个像素点只含有红蓝绿三种颜色，而该光谱仪能让每个像素点记录下几十到上百种谱线强度。以发光的火焰为例，该光谱仪不仅能检测到火焰的色彩，还可通过丈量火焰的光，来获悉里面发生的化学反应。
图 | 微米尺度的光谱成像（来源：受访者）
此外，该光谱仪还可对细胞进行光谱成像，和常见细胞成像技能不同的是，光谱仪成像可通过光谱信息，去剖析细胞细微部分的化学变革。加往后续开拓，该光谱仪有望通过注射到人体内，来实时监测人体康健。
不过在康健运用上须要更加慎重，如他所言：“涉及人体的康健实验，会比较麻烦，我们的产品要确保检测结果的精确性，也要符合国家医疗卫生保健的干系标准，这个实现的过程会比较漫长。”
图 | 该研究的紧张参与者，左二为杨宗银
而这项技能要想进入平凡百姓家，最好的办法之一便是集成得手机中，即把 “光谱剖析技能从实验室搬得手掌上”。
一年多过去，他在原根本上已对该光谱仪做出迭代版本。
杨宗银先容，数月之后其实验室即将出身集成光谱仪的手机样机，这种光谱仪手机落地之后，可让用户通过大略的拍照，就能丈量人脸或食品中的光谱信息。
届时，通过相应 App，用户把须要检测的信息，和数据库中的数据进行比拟，就能查看物质的干系含量，他表示 “这实在就像我们在医院得到的验血报告一样。”
此外，未来他将在现有根本上，开拓出覆盖紫外到红外的微型光谱仪，届时运用范围更加广泛。
150 次失落败和 1 根彩虹这是一项持续八年的研究，最初的研发要从“一根彩虹” 开始。
2011 年，在浙大读研期间，他和同学发明了在单根纳米线上调控带隙的技能，这种技能得出的纳米线，在荧光显微镜下看起来就像一道彩虹。
当时，他猜想这种材料或容许用于剖析光谱，由于当时条件不敷，这项研究被迫搁置。
2014 年秋，他来到剑桥大学光电子学专业读博，并重拾起三年前的想法。
期间在 150 个光谱仪器件上做实验，然而都失落败了。在妻子的鼓励和自己的坚持下，终于在 2017 年，贰心有不甘地再次考试测验，并开始有一点转机。
2018 年夏，他正在写毕业论文，但是光谱仪的实验结果仍旧无果。8 月中旬的一个深夜，他去测试末了一个样品，结果刚好和商用光谱仪完备对的上。
于是他开始写论文，写好的那一周，恰逢女儿出生。而在后面，他给论文准备了三十页的回答，Science 编辑直接接管，论文仅用两个月就被收录和揭橥。
忆起那个“胜利之夜”，他曾说：“那一刻百感交集，想到这几年的各类经历，一个人在实验室呆坐了好久好久。”
该研究虽然在剑桥大学完成，但实为中外互助的结果，个中也有杨宗银硕士导师童利民的参与。
详细研究中，他发明了一种方法，该方法利用的纳米线只有发丝的 1/1000，它可有效捕获光子，此外通过利用可重构光旗子暗记全光谱的智能打算软件，制备出的光谱仪尺寸仅有几十微米，大小不到市情光谱仪的千分之一，可集成得手机中。
2019 年论文揭橥后至今，他对原有光谱仪做了改进，以前它只是单点的光谱仪，只能对一个点做光谱丈量，现在已可以集成得手机商用摄像头中，并且每个像素点都是一个光谱。
以测试苹果为例，以前只能测出苹果局部有些红、或有些绿，但无法测试到颜色呈现的详细位置，而现在的光谱仪版本，可精准获悉苹果呈现颜色的详细位置。
此前光谱仪利用非标芯片工艺，现在利用标准芯片工艺，家当化程度得以提高。制备流程也采取标准流程，本钱已降落到十元钱以内。
能有上述提升，是由于杨宗银结合几种微光谱仪的方案，并结合了纳米材料之间的上风。
阴差阳错两次换专业，如今执教西子湖畔杨宗银是温州人，从小就喜好拆零件做小发明，小时候曾做过可随光照自动发声的闹钟和光控灯等。
然而，高考结束后，却被浙大生物系录取，由于更喜好的是机器，大一期间他过得并不愉快，大二时转学到机器专业，并通过参加机器人竞赛、机器设计竞赛等实现了小时候的发明梦想。
但第二次 “阴差阳错” 再次发生，并改写了他的人生。在浙大保研时，机器系名额不敷，当时他刚好碰着光电系的童利民教授，后者创造杨宗银很适宜做科研，并像 “捡到宝一样” 给他争取到光电系的名额。由于机器系的本科背景，做光电实验时，他非常得心应手。
图 | 做实验的杨宗银
比如，市情上没有的设备，他能直接设计并制作加工出来，因此他做实验非常快，有了新想法很快就能做出来。
回望浙大读书期间的两次 “命运的安排”，他总结称，小时候做机器的想法，并不是对科学的全面认知，当时对科学的理解便是目之所及的电路，但当认知边界扩展后，他创造想做出更多前沿科学成果，就得和光电结合起来。
西湖，是杨宗银眼中一个小小的心灵花园。2014 年出国去剑桥读书前一晚，他说自己是听着西湖边的音乐喷泉离开的。读博结束后，他自己很想返国，同时也收到浙大的返国约请。如今，他在浙大玉泉校区事情，走十几分钟就能到西湖。而这大概也是这位 33 岁温州籍科学家的最好归宿。
