في وقتنا الحاضر، يمكن للهاتف المحمول أن يفعل أي شيء تقريبًا؛ التقاط الصور أو الفيديو، وإرسال الرسائل، وتحديد موقعه الحالي، وبالطبع نقل المحادثات الهاتفية. مع هذه الأجهزة متعددة الاستخدامات، قد يكون من الممكن التحقق مدى نضج قطعة من الفاكهة أو تركيز السكر في أحد المشروبات بل ربما تستطيع الكشف عن السكر في الدم لمرضى السكر.
للوهلة الأولى، تبدو فكرة استخدام الهواتف المحمولة للتحليلات الكيميائية فكرة جريئة. بعد كل شيء، فإن مطياف الأشعة تحت الحمراء المستخدمة في مثل هذه التحليلات حاليًا تزن عمومًا عدة كيلوغرامات وبالطبع يستحيل دمجها في جهاز محمول باليد.
الآن اتخذ الباحثون في “ETH زيورخ” خطوة مهمة نحو تحويل هذه الرؤية إلى حقيقة واقعة. فقد طوروا رقاقة بمساحة حوالي 2 سنتيمتر مربع قادرة على تحليل ضوء الأشعة تحت الحمراء بنفس الطريقة التي يمكن بها تحليل الطيف التقليدي في الأجهزة كبيرة الحجم.
تستند فكرة المطياف التقليدي على تقسيم الضوء الساقط إلى مسارين قبل عكسه على اثنين من المرايا. يتم إعادة تجميع أشعة الضوء المنعكسة وقياسها باستخدام كاشف ضوئي. يؤدي تحريك أحد المرايا إلى إنشاء نمط تداخل طيفي، والذي يمكن استخدامه لتحديد نسبة أطوال الموجات المختلفة في الإشارة الواردة.
لأن المواد الكيميائية تخلق فجوات مميزة في طيف الأشعة تحت الحمراء أي أن كل مادة تمتص أطوال موجية محددة من الطيف الساقط بما يشبه البصمة لتلك المادة، يمكن للعلماء استخدام الأنماط الناتجة لتحديد المواد الموجودة في عينة الاختبار وتحديد التركيز أيضًا.
استخدم الباحثون من زيورخ المبدأ نفسه لصناعة مطيافهم المصغر. لكن قاموا بتغير مبتكر في أجهزتهم، فلم يعد يتم تحليل ضوء الحادث بمساعدة المرايا المتحركة. بدلاً من ذلك، فإنه يستخدم أدلة موجية خاصة waveguides ذات معامل انكسار بصري يمكن ضبطه خارجيًا عبر مجال كهربائي. تغيير معامل الانكسار له تأثير مشابه لما يحدث عندما ننقل المرايا. لذلك يتيح لنا هذا التصميم تفريق طيف الضوء الساقط بنفس الطريقة.
عدم وجود أجزاء متحركة يطيل من العمر الافتراضي للرقاقة كما أنه يسهل من تصنيعها ويقلل من تكلفة التصنيع، فعلى الأحجام الصغيرة تكون الأجسام المتحركة هي الأصعب في التصنيع. علاوة على ذلك يسمح هذا المطياف بتحليل مساحة واسعة من الطيف الضوئي وهو ما يصعب الوصول إليه بالتصميمات التقليدية على تلك الأحجام الدقيقة.
إذا كانت نتائج هذا المطياف تماثل دقة المطياف التقليدي أو تقترب منها بشكل مقبول، فإن تطبيقاته العملية لا يمكن حصرها، بل ربما يحقق طفرة هائلة في الكثير من المجالات.
