【導讀】在物質分析與健康監測領域，光譜儀如同科學家和醫生的“眼睛”，能精準揭示物體的化學成分與含量。然而，傳統高性能光譜儀往往體積龐大、價格昂貴，且使用門檻高。無論是在工業場景中進行材料成分識別與含量檢測，還是在醫療健康領域開展人體指標分析，通常都離不開復雜的采樣流程、實驗室送檢，以及專業人員的操作和解讀。
如果能把這枚“光譜之眼”濃縮到一枚價格低廉的光芯片上，并實現對各種物質成分的實時檢測，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備，成為人人可用的感知能力。
“光學卷積光譜儀”成果發表于《自然·光子學》（Nature Photonics）
近日，一個來自中國的團隊——徐州光引科技發展有限公司與劍橋大學團隊聯合宣布，成功研制出一種名為“光學卷積光譜儀”（Optical Convolutional Spectrometer）的面向量產的革命性片上光譜系統，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，還讓可穿戴設備從“記錄型電子產品”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表于國際頂級期刊《自然·光子學》（Nature Photonics）。
光譜儀芯片架構與芯片實物圖
聯合團隊從底層數學原理出發，首次將卷積運算直接融入光學器件本身，提出了一類全新的卷積式光譜儀架構。該設計天然契合微型化與系統級集成的需求，在保證結構極簡、計算高效的同時，實現了光譜信息的高保真、高精度采集。該架構把復雜的光學系統集成到一個指甲蓋大小的模組內，實現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雜樣本中的關鍵成分，結合AI算法可實現秒級的實時分析。
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設備的千分之一，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》的審稿人對此技術評價道：“本論文所提出的新型微型化近紅外測量光譜儀兼具原創性與顯著性能提升，特別是將系統成功集成到可穿戴設備以實現生物標志物的實時監測，這將具備顯著的經濟效益?！?/p>
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-026-01891-6
微型光譜的核心挑戰：性能、體積與成本的“不可能三角”
在蘋果公司內部，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實現無創血糖檢測。盡管蘋果多年來持續投入、反復攻關，這一項目至今仍未取得真正意義上的實質性突破。由于技術難度極高，這一方向曾被媒體形容為堪比“登月”的挑戰。
光學卷積光譜儀工作原理示意圖
挑戰背后，也折射出光譜儀微型化所面臨的行業共性難題：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定性？而目前已有的方案都難以跨越這一門檻：有些設計為了縮小體積，而犧牲了光譜分辨率和帶寬；有些則系統封裝不成熟，難以在真實環境中可靠工作，更是無法滿足嚴苛的光譜計量要求。
而光引科技，一家由劍橋大學華人教授創立的硬科技公司，正以全新的技術路徑來突破這一困局。團隊憑借其在光子芯片領域的深厚積累，從底層數學原理出發，提出了一類全新的卷積式光譜儀架構。該設計天然契合微型化與系統級集成的需求，在保證結構極簡、計算高效的同時，實現了光譜信息的高保真、高精度采集，從而打破長期困擾行業的“不可能三角”。
改變可穿戴市場的游戲規則，一年內推出相關產品
從上世紀PPG（光電容積脈搏波）技術發明，到2013年第一款PPG智能手環問世，可穿戴設備的核心感知范式其實并沒有發生根本性變化。時至今日，我們日常佩戴的許多智能設備所宣稱能夠檢測的心率、血氧、睡眠質量等指標，本質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連續分布的高密度光譜信息，包含真實反映物質本征屬性的“光譜指紋”。理論上，只要具備足夠高的信噪比、合適的波段設計以及可靠的算法支持，光譜技術就有潛力實現對多種成分和生理指標的直接分析。
生理指標無創檢測能力與智能穿戴應用
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險預測這一新興領域中的巨大潛力。通過大規模志愿者人體數據采集與分析，并結合先進的神經網絡算法，這枚小小的“光譜之眼”已能夠實現對多項關鍵皮下生理指標的無創、實時監測，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監測的潛力。
一旦實現商業化落地，這項技術有望讓可穿戴設備從“記錄型電子產品”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，更可能推動健康監測、個護醫美、運動恢復，乃至智能終端交互邏輯的整體革新。
目前，光引科技已經實現其晶圓級規模流片，正在推動此技術的規模化封裝量產，并積極與各路業界人士合作。預期將在一年內推出搭載此技術的商業化產品。
