Колориметрические сенсоры, способные распознавать разные вещества, в том числе полезные или токсичные, в пищевых продуктах, напитках, биологических жидкостях, а также поверхностных и подземных водах, разработали ученые Томского политехнического университета (ТПУ). Систему обнаружения можно связать со смартфоном и с помощью нейросети провести первичный химический анализ, а вся процедура занимает от нескольких секунд до минуты, сообщили ТАСС в пресс-службе ТПУ.
"Принцип работы колориметрической системы, разработанной в ТПУ, прост. Каждый сенсор имеет внутреннюю структуру, которая позволяет менять цвет при контакте с целевым веществом. Смартфон получает цифровое изображение сенсора, затем по его цвету и интенсивности интерпретирует результат в виде распознавания вещества и определения его концентрации", — сказано в сообщении.
Сенсоры сделаны из безопасного и распространенного оргстекла — полиметилметакрилата. Политехники модифицируют его внутреннюю структуру, это позволяет сенсору менять цвет при контакте с образцом. Кроме того, полиметилметакрилатная матрица способна самостоятельно избирательно "находить" нужное вещество из сложных смесей, включая биологические жидкости и растительные экстракты. Структура и цвет сенсора задаются индивидуально при изготовлении под каждое вещество по принципу "одно вещество — один сенсор — один цвет".
Система цифровой колориметрии ТПУ использует весь видимый диапазон от 400 до 800 нанометров, включая индивидуальные особенности спектра на всем диапазоне. Это дает больше данных для обработки, а значит и более высокие и стабильные характеристики. При обнаружении вредных веществ ученые опираются на нормативные документы по предельно допустимым концентрациям веществ и естественным ограничениям по формированию колориметрического сигнала.
"Сейчас цифровая обработка осуществляется с помощью свободно распространяемых программ для смартфона или графических редакторов на компьютере. В 2025 году мы планируем разработать нейросеть, которая после машинного обучения на образцах сенсоров нашей группы будет способна распознавать определяемое вещество и его концентрацию в сенсорах. Это позволит сделать систему мультисенсорной и расширить область ее применений", — приводятся в сообщении слова одного из авторов исследования, профессора отделения электронной инженерии ТПУ Михаила Гавриленко.
В пресс-службе отметили, что разработанные сенсоры можно использовать для мониторинга нефтяных месторождений и в гидрологических исследованиях поверхностных вод, экологическом мониторинге территорий, включая подземные водозаборы, а также для контроля качества пищевой продукции и напитков. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда. Последние результаты работы ученых ТПУ опубликованы в журнале Optical Materials.
