研制出世界最小光譜儀 他是如何做到的？

“肉眼所見的世界，并非真實的世界，只是紅綠藍三色在我們腦海中的投影。” 1666年，牛頓發現太陽光通過棱鏡的折射后可觀察到更多光譜色，這個實驗推動了光譜儀的誕生。憑借光譜儀這一工具，人類掌握一種新的精確探測物質的能力。

300多年后，一位來自中國浙江的年輕學子負笈劍橋，來到牛頓曾靈感迸發的地方。在這里，他突發奇想，希望研制出一種新型的納米線材料，進而突破在微米尺度上實現大光譜范圍色散的科學難題，解決傳統光譜儀小尺寸與高性能無法兼具的挑戰。他就是2023達摩院青橙獎的獲得者楊宗銀。

12月27日，2023達摩院青橙獎獲獎名單正式公布，作為獲獎的15名青橙學者之一，楊宗銀將獲得可自由支配的百萬元獎金。達摩院青橙獎旨在發掘和幫助更多對科技進步有重要推動作用的35歲以下中國青年科學家，鼓勵他們在重大科研攻堅中挑大梁，發揮榜樣作用，帶動更多人關注和投身科學研究。

“世界上最先進的材料合成，

最高超的實驗技巧，

最巧妙的算法”

楊宗銀現任浙江大學信息與電子工程學院百人計劃研究員，主要研究方向為半導體光電子傳感器。在楊宗銀的桌子上放著兩臺光譜儀，一臺像個老式電視機，一臺只有飲料瓶蓋大小。而就是這樣一個只有飲料瓶蓋大小的器件，楊宗銀前前后后研究了8年，這其中還有著失敗了150多次的崩潰。

光譜儀在科研和工業生產中應用廣泛，大部分光譜儀體積龐大，工作原理仍和牛頓當年的實驗相似，但已無法滿足日益發展的光譜應用技術的需求。因為減小分光和探測元件的尺寸將導致光譜儀檢測質量顯著下降，所以光譜儀微型化是目前科技界面臨的重大技術挑戰。

楊宗銀研發的微型光譜儀尺寸僅幾十微米，不需要孤立的分光和探測元件，是目前市面上最小光譜儀的千分之一。更值得關注的是，與動輒上萬元的光譜儀相比，這款微型光譜儀價格低至50元以內，通過進一步開發，可內嵌到手機、無人機以及可穿戴設備中。未來，用手機掃一掃，檢測一下蔬菜瓜果農藥殘留，“讀出”牛奶里是否含有三聚氰胺，血糖指數隨時無傷檢測……這些科幻片里的情景，很可能變成現實。

回顧那段歲月，楊宗銀每天都是劍橋大學電子工程系實驗樓最晚走的那個人，“很煎熬也很值得”，這也為其日后培養沉下心來做科研的品格奠定了堅實的基礎。

但那時候，楊宗銀也不是沒有過動搖，“每天晚上大概10點做完實驗，騎車穿過燈紅酒綠的劍橋市中心，看到大家都穿得很漂亮在酒吧放松，也會想自己是不是沒有融入當地生活。但一想到，如果有可能把這個科研做出來，就能開拓一個新的領域，就很興奮地騎車回家，然后第二天又信心滿滿地去實驗室。”

楊宗銀也經歷過至暗時刻，2018年的他在失敗了150多次后陷入了自我懷疑，有半年時間他一度停止了實驗。但他內心還有不甘：“三年的努力難道就這樣白費了嗎？”而轉機就出現在一個平常的早上，楊宗銀在晨跑的時候和另一個系的跑步搭子聊起了最近的煩心事，朋友聽完后問他：“會不會是某個算法出現了問題？”楊宗銀突然好像見到了曙光。

2018年8月，在一個周六的晚上，楊宗銀在實驗室測量到了信號，有點不敢相信自己的眼睛，驗證了多次都和商用光譜儀測量結果相符。他在日記中寫道，“那一刻百感交集，想到這幾年的種種經歷，一個人在實驗室呆坐了好久好久。”

可喜的是，他的論文于次年5月投稿給Science雜志，7月便被接受。Science的編輯評價這項成果是“世界上最先進的材料合成，最高超的實驗技巧，最巧妙的算法”， 楊宗銀的科研成果也讓中國在光譜儀微型化領域走在了世界前列。

“理論型的科學家為人類開拓邊界，

應用型科學家則通過制造工具造福社會”

“我從小就喜歡做電子機械相關的一些研究。最喜歡的動漫是機器貓，哆啦A夢。我覺得創造更多好玩的發明是我人生的追求。”楊宗銀出生在溫州蒼南，小時候的他也是個讓人頭疼的“破壞大王”。

因為當時物質條件不太豐裕沒有玩具，他就以拆電器制作小發明為樂。為此，他也沒少挨父母批評。他總是會把家里收音機、鬧鐘甚至電視等拆開，研究其中的機理。

“其實很多時候是因為沒有配件店，所以只能拆東墻補西墻。”他制作出的隨著光照自動響的鬧鐘，河里可以自動開起來的小船，光控燈等，都是他童年自娛自樂的小玩具。

楊宗銀從小對各種科學問題充滿興趣，在他看來，科學家是一個很好的職業，有興趣也有能力去做一些探索未來的工作。“理論型的科學家為人類開拓邊界，應用型科學家則通過制造工具造福社會。”

循著夢想的軌跡，他考上了浙江大學機械系本科，碩士保送到心儀的光電子研究領域，隨后拿到了全額的獎學金赴劍橋大學讀博，并接過牛頓的思考，推動光譜儀進入到納米時代，有可能創造出更大的技術應用前景。

他總結稱，小時候做機械的想法，并不是對科學的全面認知，當時對科學的理解就是目之所及的電路，但當認知邊界擴展后，他想做出更多前沿科學成果，而這些想法，也為他造出“世界最小納米光譜儀”打下了基礎。

“當時去到劍橋，看到那棵砸中牛頓的蘋果樹后代就種在劍橋三一學院門口的時候非常激動。”楊宗銀說很難用語言表達當時的震撼，那一刻自己離夢想中的科學家這么近。“當時發表的那篇Science論文，劍橋大學新聞稿標題就是‘超越牛頓光學實驗的極限’。在牛頓光學的基礎上做得更小，我確實是有受他這個啟發，而且我成功的地點剛好是在劍橋，覺得這也是冥冥之中有所關聯的。”

如今，學有所成的楊宗銀回到了母校浙大任職，專注于將光譜儀微型化的成果轉化為產業應用，無創血糖檢測是核心應用場景之一。由于親友中有糖尿病患者，楊宗銀看到糖尿病人在生活上的諸多不便，“每天都要扎手，這個真的很難受，中國的糖尿病人有上億之多，希望光譜儀的技術能夠推廣下去，真正幫助到他們。”

而此次獲得青橙獎，楊宗銀也有些激動：“青橙獎跟其他學術評選很不一樣，不唯論文，不唯資歷，更看重技術的創新性與應用性，在學術圈的認可度非常高。”

楊宗銀今年35歲，是第一次也將是最后一次獲此殊榮。“你做的研究，要么上貨架，要么進教科書，如果兩點都能做到，人生就真的非常完滿了。”他這樣說。