สารบัญบทความ
นักวิจัยจาก University of Cambridge และ GlitterinTech พัฒนา ConvSpec สเปกโตรมิเตอร์แบบคอนโวลูชัน ที่วิเคราะห์แสงอินฟราเรดใกล้ด้วยอุปกรณ์ขนาดเล็ก ต้นทุนประเมินราว 10 ดอลลาร์สหรัฐ ทีมสาธิตการจำแนกวัสดุ วัดความเข้มข้นสารละลาย และติดตามสารชีวโมเลกุลผ่านผิวหนัง ผลงานตีพิมพ์ใน Nature Photonics เมื่อเดือนเมษายน 2026 [1]
ชิปมีขนาด 0.9 × 3.4 มิลลิเมตร ส่วนชุดวงจรพร้อมตัวตรวจจับแสงมีขนาด 4.8 × 6.2 × 0.6 เซนติเมตร หนัก 16.5 กรัม ดังภาพที่ 1a–b ต้นทุนในเอกสารเสริมรวมได้ต่ำกว่า 13 ดอลลาร์ โดยประเมินจากการผลิตชิปจำนวนมาก และยังมีแหล่งกำเนิดแสงกับหัววัดภายนอกที่ใช้เพิ่มเติมในระบบทดลอง [1], [2]
อ่านลายนิ้วมือของสารด้วยแสง
สารแต่ละชนิดดูดกลืนแสงต่างกัน สเปกตรัมของแสงที่สะท้อนจากหรือส่องผ่านตัวอย่างจึงช่วยบอกชนิดและปริมาณของสารได้ ความท้าทายคือการย่อเครื่องโดยยังเก็บรายละเอียดของสเปกตรัมได้ดี
ConvSpec ใช้โครงสร้างแทรกสอดแสงแบบ Mach–Zehnder ต่อกัน 4 ขั้นบนชิปซิลิคอนไนไตรด์ เมื่อปรับเฟสตามสัดส่วน รูปแบบการตอบสนองต่อความยาวคลื่นจะเลื่อนไปและสร้างสัญญาณแบบคอนโวลูชัน ไมโครคอนโทรลเลอร์จึงใช้การแปลงฟูริเยร์คำนวณสเปกตรัมกลับมาได้ด้วยตัวตรวจจับเพียงช่องเดียว โดยยังต้องสอบเทียบก่อนใช้งาน [1]
ผลทดสอบในห้องแล็บ
- ช่วงแสง: ทดสอบที่ 1,200–1,700 นาโนเมตร และแยกยอดสเปกตรัมที่ห่างกัน 1.4 นาโนเมตรได้ในการทดสอบช่วง 1,500–1,600 นาโนเมตร
- ความเร็ว: เก็บและประมวลผลหนึ่งสเปกตรัมต่ำกว่า 0.4 วินาที ส่วนการติดตามความเข้มข้นสารละลายกลูโคสทั้งระบบให้ผลทุกประมาณ 4.9 วินาที
- การจำแนกวัสดุ: แยกพลาสติก ยา กาแฟ แป้ง และชา รวม 50 กลุ่มได้ถูกต้อง 100% ในชุดทดสอบ ซึ่งสุ่มแบ่งจากข้อมูลวัดซ้ำของตัวอย่างเดิม
- การวัดสารละลาย: ทำนายความเข้มข้นกลูโคสด้วยค่าคลาดเคลื่อนสัมบูรณ์เฉลี่ย (MAE) 0.006 จุดเปอร์เซ็นต์ของความเข้มข้นโดยมวล ต่ำกว่าเครื่องตั้งโต๊ะสองรุ่นในการทดลองเปรียบเทียบของทีม
ผลเหล่านี้จำกัดอยู่ภายใต้เงื่อนไขทดลองของงาน [1], [2] การทดสอบตัวอย่างคนละล็อตและการวัดสารในคนต้องประเมินแยกกัน
วัดน้ำตาลผ่านผิวหนังได้แค่ไหน
ทีมใช้หัววัดข้อมือรับแสงสะท้อนจากผิวหนังดังภาพที่ 2 แล้วฝึกแบบจำลองให้เชื่อมโยงสเปกตรัมกับค่าความชุ่มชื้นผิว แอลกอฮอล์ แล็กเทต และกลูโคส โดยควบคุมสภาพแวดล้อมและการสัมผัสระหว่างหัววัดกับผิว [1]
การวัดกลูโคสทดสอบใน 27 คน ระหว่างการทดสอบความทนต่อกลูโคสทางปาก เทียบกับเลือดปลายนิ้ว ได้ MAE ในชุดทดสอบ 0.363 มิลลิโมลต่อลิตร หรือประมาณ 6.5 มิลลิกรัมต่อเดซิลิตร ส่วนการสาธิตติดตามระดับน้ำตาล 4 วันทำใน เพียง 1 คน ด้วยแบบจำลองเฉพาะบุคคล [1]
ข้อจำกัดสำคัญคือ แบบจำลองกลูโคสทั้งแบบรวมหลายคนและแบบเฉพาะบุคคลยังใช้กับผู้เข้าร่วมรายใหม่ไม่ได้ ผลจึงยังเป็นการสาธิตความเป็นไปได้ การพัฒนาเป็นเซนเซอร์สุขภาพแบบสวมใส่ต้องรวมแหล่งกำเนิดแสงและหัววัด พร้อมเพิ่มข้อมูลและตรวจสอบประสิทธิภาพกับผู้ใช้ใหม่ในสภาพจริง [1], [2]
งานวิจัยได้รับทุนสนับสนุนหลักจาก GlitterinTech ซึ่งเปิดเผยสิทธิบัตรจีนที่ได้รับแล้วและคำขอสิทธิบัตรระหว่างประเทศที่เกี่ยวข้อง [1]
เอกสารอ้างอิง
1. Yao C, Ma J, Wang N, Bao P, Zhuo W, Zhang T, et al. Optical convolutional spectrometer. Nature Photonics. 2026;20:664–672. doi:10.1038/s41566-026-01891-6 · ฉบับเต็ม
2. Yao C, et al. Supplementary Information (PDF). 2026. ส่วนที่ 4, 11, 12 และ 15: ต้นทุน ผลเปรียบเทียบ ผู้เข้าร่วม และข้อจำกัดแบบจำลองกลูโคส
ภาพตัดเลือกจากต้นฉบับและปรับขนาด โดยคงป้ายกำกับเดิม ใช้ภายใต้ CC BY 4.0