Ученые разработали новый двойной флуоресцентный сенсор-хамелеон с использованием ИИ для анализа данных, обладающий высокой чувствительностью к обнаружению следов воды. При выявлении утечки воды сенсор сразу же меняет цвет. Он не реагирует на другие жидкости.
Команда исследователей под руководством профессора Цзян Чанлонга из Институтов физико-химических наук Академии наук Китая создала новый флуоресцентный сенсор, который может выявлять очень низкие концентрации воды (в пределах частей на миллиард) в реальном времени с высокой чувствительностью и быстрой реакцией. Это значительно упрощает решение задач контроля качества в промышленности и экологического мониторинга, где точные измерения следов влаги часто имеют критическое значение. Исследование опубликовано в Chemical Engineering Journal.
Принцип работы сенсора-хамелеона
Сенсор основан на металло-органической решетке MIL-101-NH₂, легированной ионами европия (Eu³⁺), которая обладает двумя цветами флуоресценции. Когда сенсор взаимодействует с водой, его оптический отклик меняется: первоначальная красная эмиссия, усиливаемая эффектом «антенны» благодаря компонентам металло-органической структуры, ослабевает, и начинает проявляться синяя флуоресценция лиганда, на что и реагирует система детекции. Этот механизм обеспечивает визуальную смену цвета даже при наличии минимального объема воды, одновременно исключая влияние большинства органических растворителей.
Исследователи также внедрили в сенсор карбоксиметилцеллюлозу, что привело к образованию мембраны на основе нанофибр, обеспечивающей быстрый отклик и стабильную работу сенсора в различных условиях.
ИИ исключает вероятность ошибок
Кроме оптической конструкции, команда использовала алгоритмы глубокого обучения для анализа флуоресцентных сигналов, что дополнительно повышает точность и чувствительность измерений, особенно в сложных фоновых условиях. Это открывает возможности для практического использования таких устройств в автоматизированных системах контроля качества и экологического мониторинга.
Похожие технологии двойной флуоресценции активно используются в других сенсорных системах: например, датчики с двумя флуорофорами применяются для точного контроля pH в растворах, где соотношение интенсивности двух каналов помогает нейтрализовать влияние внешних факторов на измерения.
Другие современное разработки включают использование нейросетей для анализа спектральных данных флуоресцентных сенсоров, что повышает их адаптивность и точность.
Недавно российские исследователи представили новые материалы для термочувствительных сенсоров и OLED-экранов.
Фото: hi-tech.mail.ru