“精确预测水果含糖量” KAIST开发便携式光谱传感器

一种能够精确预测水果糖度的便携式光谱传感器已被开发出来。由于体积小、便于携带，同时具备精确的糖度预测能力，预计将在现场应用中大幅提升实用性。

KAIST表示，生物及脑工学系的Jung Kihoon教授研究团队成功开发出一款高分辨率便携式光谱传感器，并于24日对外公布。

通常所说的光谱测量，是利用物质对光的反射或吸收所形成的波长分布来分析其特有成分，因具有这一优势，在多种应用领域被广泛用作一种无损样品分析技术。

不过，现有商用光谱仪虽然具备提供实时成分分析的功能，但由于系统体积较大，在携带或用于现场诊断方面存在局限。

所幸近来随着微纳加工技术的发展，小型光谱传感器得以问世，已在质量评估、环境监测、伪药诊断及医疗健康等领域得到应用。

然而，目前的小型光谱传感器由于内部光学部件被简化，光学性能下降，从而导致样品分析精度降低的问题日益凸显。在不降低光学性能的前提下缩小体积，正是相关技术开发得以推进的背景。

为解决这一问题，研究团队首次提出了一种固体浸入式光栅结构：可见光进入厚度数毫米的光谱仪后，通过嵌入石英（Quartz）中的光栅，在短距离内实现大范围色散。

同时，研究团队将与光栅折射率相近的透镜进行封装，使色散后的光线能够在图像传感器上形成平面焦点，从而在整个可见光波段实现均匀的光谱分辨率。

通过这一设计，研究团队制作的微型光谱仪模块最终实现了8㎜×12.5㎜×15㎜的体积。

这相比现有商用光谱仪体积缩小了1000倍以上，同时具备与商用光谱仪相当的平均5.8㎚高分辨率，并在工作波长范围内实现了76%以上的高灵敏度，被视为该技术的最大优势。

此前，为了实验性验证微型光谱仪模块的应用示例，研究团队设计并制作了便携式光谱传感器，并以光谱应用领域中最具代表性的案例——水果品质检测——作为验证对象。

在这一过程中，研究团队将开发的光谱传感器贴附在水果表面，便捷获取光谱信号，并通过对光谱信号形态的分析来预测水果成熟度，再与实际成熟度进行对比，结果显示相关系数高于0.91，由此建立了高可信度的预测模型。

研究团队表示，通过采用固体浸入式光栅结构的微型光谱仪，成功解决了既有小型光谱仪中出现的光学性能下降问题，从而证实了便携式光谱传感器在现场诊断中的可用性。

Jung Kihoon教授强调：“本研究团队开发的微型光谱仪，不仅可用于食品与饮料的质量检测，还可在需要现场检测与诊断的农水产品与医疗健康领域，以及需要高速质量分析的制药、生物和半导体检测领域，发挥重要工具作用。”

另外，本研究在科学技术信息通信部、财团法人泛部处全周期医疗器械研发事业团以及PiQuant株式会社的支持下，由KAIST生物及脑工学系博士课程研究生Park Jungwoo主导完成。

研究成果已发表于国际学术期刊《Advanced Science》。