光谱分析技术普遍应用于日常生活,即时把物质内细微的化学成分呈现。在食物安全方面,可用作品质监测,例如最近地沟油事件,利用光谱分析仪可掌握油中的化学成分及有毒物质;俗称吹波波的醉驾酒精测试,利用光谱分析技术可探测口气中的酒精成分和浓度;对大气层中温室气体或者工业有毒气体的排放,利用光谱分析可以实时监控气体浓度等等。
以香港大学(港大)工程学院为首的跨学科研究项目,成功结合光纤光学和激光技术,研製出崭新的高速光谱分析技术 --「参量时域光谱分析仪」(简称PASTA),以比现有技术快一百万倍的速度,精确地捕捉不同物质动态过程的光谱。在探测速度和精确度都大幅提升下,光谱分析技术将有革命性的发展,更广泛应用于高端科技的开发。研究成果已于多份国际学术刊物及国际研讨会上发表,刊登于六月份的Nature Scientific Reports,及其他学术刊物包括Optics Express和Applied Physics Letters等。
在工业应用上,新技术可以实时监控燃料的燃烧状态
在生物医学及医疗科技上,新的光谱分析技术可提高实时成像的精确度和稳定性,应用于内窥镜检查和微创手术。现时一些临床病理判断,对肿瘤的探测与诊断,需要抽取病人组织切片样本化验,利用新的光谱技术,可即时透过内窥镜分析身体活组织的物质结构,有助断症及监测早期的细胞病变。在工业应用上,新技术可以实时监控燃料的燃烧状态,从而优化内燃机燃烧效率,并有助研发智能节能引擎。
研究团队由工程学院电机电子工程系副教授黄建业博士领导,其他主要成员包括电机电子工程系研究员张驰博士及?嘉诚医学院外科系助理教授李珮瑜博士等。他们研发的PASTA技术能更準确和更有效的实现了高速动态光谱的分析。现有的光谱分析技术主要用来区分不同物质的化学成份,可用于量化的化学/医疗诊断,而不需要精确到分子形态结构。结合PASTA技术,光谱分析仪可以更加快速、精确、高效的捕捉不同物质成份光谱,有助于更多快速应用领域的研究。此研究技术能以0.02纳米的精确解像度捕捉超快速动态过程(例如飞机引擎的燃烧)中高达每秒100,000,000帧的光谱,比现有光谱分析技术快至少 1,000,000倍。除了单纯的光谱分析,PASTA技术结合目前最先进的断层扫描成像技术 --「相干光学断层扫描」(简称OCT),能够极大的提高OCT数据採集处理的速度,有助于提高活体成像的稳定性,从而实现微创手术中精确的实时监控。在工业应用方面,PASTA技术有希望通过观测超快速的化学反应过程,从而优化内燃机的燃烧效率。
黄建业博士指出,新技术可应用在生物医疗的很多方面,结合显微光谱技术实现对肿瘤的探测与诊断,以及临床手术的辅助影像等。他说:「生物医学及医疗科技是港大工程学院策略性科研领域之一。过去几年,我们致力进行生物医学工程研究,尤其是生物医学成像技术。研究团队重点研发的项目之一,是超高速及高精度的光谱分析技术PASTA,研製PASTA的过程极具挑战性,然而其在手术时的实时影像和基础生命科学研究是必要的。例如,现有的成像技术无法在手术的过程中实时的提供光谱显微图像;PASTA快速光谱技术却能观测超快动态光谱现象,同时满足活体生物实时成像对高速的要求。我们对这项新技术的主要后续研究亦将会朝着此方向继续发展。」
李珮瑜博士补充说:「PASTA是成像技术领域的一个重要发展,它可以让医疗人员在手术过程中,或者通过其他的医疗手段(例如内窥显微技术)实时的获得活体样本的结构和物质成份信息。由于传统成像要求的时间较长,以及人体组织不可避免的抖动,PASTA技术通过提高成像的速度,极大的提高了实时成像的精确度和稳定性。PASTA技术的发展和应用为未来的生物医学诊断及手术辅助带来了很大的帮助及希望。」
