一秒檢測，成本降至萬分之一，光引科技把幾十萬的臺式光譜儀“搬”到了手腕上

  蘋果公司沒能搞定的無創(chuàng)血糖監(jiān)測，正在一家中國公司手中加速走向現(xiàn)實

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  ICC訊   在物質(zhì)分析與健康監(jiān)測領(lǐng)域，光譜儀如同科學(xué)家和醫(yī)生的“眼睛”，能精準揭示物體的化學(xué)成分與含量。然而，傳統(tǒng)高性能光譜儀往往體積龐大、價格昂貴，且使用門檻高。無論是在工業(yè)場景中進行材料成分識別與含量檢測，還是在醫(yī)療健康領(lǐng)域開展人體指標分析，通常都離不開復(fù)雜的采樣流程、實驗室送檢，以及專業(yè)人員的操作和解讀。

  如果能把這枚“光譜之眼”濃縮到一枚價格低廉的光芯片上，并實現(xiàn)對各種物質(zhì)成分的實時檢測，那精密光譜分析將不再局限于實驗室，而走進工廠車間、田間地頭，甚至融入日常穿戴設(shè)備，成為人人可用的感知能力。

  “光學(xué)卷積光譜儀”成果發(fā)表于《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）

  近日，一個來自中國的團隊——徐州光引科技發(fā)展有限公司與劍橋大學(xué)團隊聯(lián)合宣布，成功研制出一種名為“光學(xué)卷積光譜儀”（Optical Convolutional Spectrometer）的面向量產(chǎn)的革命性片上光譜系統(tǒng)，革新了智能終端的交互邏輯。不僅解決了微型光譜儀性能、體積與成本的“不可能三角”難題，還讓可穿戴設(shè)備從“記錄型電子產(chǎn)品”升級為真正意義上的“個性化智能健康管家”成為可能。這項突破性成果已發(fā)表于國際頂級期刊《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）。

光譜儀芯片架構(gòu)與芯片實物圖

  聯(lián)合團隊從底層數(shù)學(xué)原理出發(fā)，首次將卷積運算直接融入光學(xué)器件本身，提出了一類全新的卷積式光譜儀架構(gòu)。該設(shè)計天然契合微型化與系統(tǒng)級集成的需求，在保證結(jié)構(gòu)極簡、計算高效的同時，實現(xiàn)了光譜信息的高保真、高精度采集。該架構(gòu)把復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)集成到一個指甲蓋大小的模組內(nèi)，實現(xiàn)了前所未有的性能與集成度平衡。但卻能精準“看透”從塑料、溶液、藥品乃至人體皮下組織等一系列復(fù)雜樣本中的關(guān)鍵成分，結(jié)合AI算法可實現(xiàn)秒級的實時分析。

  它的工作帶寬覆蓋超過500納米的近紅外波段，采樣和處理速度達到亞秒級，而整體成本僅為傳統(tǒng)設(shè)備的千分之一，最低可達萬分之一，低至百元級，將有力地推動這一成果走向大眾日常生活。

  《自然·光子學(xué)》的審稿人對此技術(shù)評價道：“本論文所提出的新型微型化近紅外測量光譜儀兼具原創(chuàng)性與顯著性能提升，特別是將系統(tǒng)成功集成到可穿戴設(shè)備以實現(xiàn)生物標志物的實時監(jiān)測，這將具備顯著的經(jīng)濟效益?！?

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-026-01891-6

  微型光譜的核心挑戰(zhàn)：性能、體積與成本的“不可能三角”

  在蘋果公司內(nèi)部，曾長期存在一個代號為“E5”的神秘項目。這個自喬布斯時代便已啟動的計劃，核心目標是通過微型紅外光譜系統(tǒng)實現(xiàn)無創(chuàng)血糖檢測。盡管蘋果多年來持續(xù)投入、反復(fù)攻關(guān)，這一項目至今仍未取得真正意義上的實質(zhì)性突破。由于技術(shù)難度極高，這一方向曾被媒體形容為堪比“登月”的挑戰(zhàn)。

光學(xué)卷積光譜儀工作原理示意圖

  挑戰(zhàn)背后，也折射出光譜儀微型化所面臨的行業(yè)共性難題：如何在極致壓縮體積、顯著降低成本的同時，依然保持足夠高的測量精度與長期穩(wěn)定性？而目前已有的方案都難以跨越這一門檻：有些設(shè)計為了縮小體積，而犧牲了光譜分辨率和帶寬；有些則系統(tǒng)封裝不成熟，難以在真實環(huán)境中可靠工作，更是無法滿足嚴苛的光譜計量要求。

  而光引科技，一家由劍橋大學(xué)華人教授創(chuàng)立的硬科技公司，正以全新的技術(shù)路徑來突破這一困局。團隊憑借其在光子芯片領(lǐng)域的深厚積累，從底層數(shù)學(xué)原理出發(fā)，提出了一類全新的卷積式光譜儀架構(gòu)。該設(shè)計天然契合微型化與系統(tǒng)級集成的需求，在保證結(jié)構(gòu)極簡、計算高效的同時，實現(xiàn)了光譜信息的高保真、高精度采集，從而打破長期困擾行業(yè)的“不可能三角”。

  改變可穿戴市場的游戲規(guī)則，一年內(nèi)推出相關(guān)產(chǎn)品

  從上世紀PPG（光電容積脈搏波）技術(shù)發(fā)明，到2013年第一款PPG智能手環(huán)問世，可穿戴設(shè)備的核心感知范式其實并沒有發(fā)生根本性變化。時至今日，我們?nèi)粘Ｅ宕鞯脑S多智能設(shè)備所宣稱能夠檢測的心率、血氧、睡眠質(zhì)量等指標，本質(zhì)上仍主要建立在脈搏波這種單一維度的信號之上，再通過算法進行間接推算。這意味著，其可獲取的信息密度、能夠覆蓋的指標范圍始終受限，檢測精度與穩(wěn)定性也面臨明顯瓶頸。

  相比之下，微型光譜儀則帶來了一種“降維打擊”式的能力躍遷。不同于PPG低維、單點式的信息采樣，光譜儀獲取的，則是在廣闊波段范圍內(nèi)連續(xù)分布的高密度光譜信息，包含真實反映物質(zhì)本征屬性的“光譜指紋”。理論上，只要具備足夠高的信噪比、合適的波段設(shè)計以及可靠的算法支持，光譜技術(shù)就有潛力實現(xiàn)對多種成分和生理指標的直接分析。

生理指標無創(chuàng)檢測能力與智能穿戴應(yīng)用

  基于這一路徑，光引科技率先論證了微型光譜儀在可穿戴健康管理與疾病風(fēng)險預(yù)測這一新興領(lǐng)域中的巨大潛力。通過大規(guī)模志愿者人體數(shù)據(jù)采集與分析，并結(jié)合先進的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，這枚小小的“光譜之眼”已能夠?qū)崿F(xiàn)對多項關(guān)鍵皮下生理指標的無創(chuàng)、實時監(jiān)測，包括膠原蛋白、皮膚水分、皮膚油脂、血酒精、血乳酸，甚至具備對血糖變化趨勢進行連續(xù)監(jiān)測的潛力。

  一旦實現(xiàn)商業(yè)化落地，這項技術(shù)有望讓可穿戴設(shè)備從“記錄型電子產(chǎn)品”進一步升級為真正意義上的“個性化智能健康管家”。它所帶來的不只是一次硬件能力的提升，更可能推動健康監(jiān)測、個護醫(yī)美、運動恢復(fù)，乃至智能終端交互邏輯的整體革新。

  目前，光引科技已經(jīng)實現(xiàn)其晶圓級規(guī)模流片，正在推動此技術(shù)的規(guī)模化封裝量產(chǎn)，并積極與各路業(yè)界人士合作。預(yù)期將在一年內(nèi)推出搭載此技術(shù)的商業(yè)化產(chǎn)品。