【本站讯】近日，我校控制科学与工程学院张冬至教授团队在智能比色传感技术领域取得系列进展。相关成果先后发表在Advanced Functional Materials、Nano-Micro Letters、npj Flexible Electronics等专业领域内国际权威期刊上。该系列工作得到国家自然科学基金项目、山东省泰山学者人才项目以及山东省海外优青等项目资助。

比色传感技术通过将气体、生物标记物浓度等化学信号以及材料应变等物理信号转化为颜色信号实现可视化检测，具有特异选择性高、器件无线无源、智能终端分析便捷等优势。然而，比色传感器普遍存在可逆性差、定性检测误差大、现场即采即检困难等瓶颈问题，严重阻碍了比色传感器在复杂环境中对目标信号的实时快速精准检测，亟待解决与突破。针对上述比色传感技术领域关键科学问题，张冬至教授团队研发了深度学习算法辅助有毒有害气体超快检测比色传感技术、柔性无线无源可穿戴力致发光比色可视化传感技术，以及体液多组分标记物同步快速检测比色传感技术，推动了智能比色传感技术在环境监测、工业安全、民生健康等领域的应用。

针对危化气体比色传感器恢复困难可逆性差、受湿度影响大的难题，团队研发了多模态深度学习算法辅助有毒有害气体超快检测比色传感技术，提出一种基于螯合反应的复合水凝胶比色传感器，实现了硫化氢气体的超快超低限检测，突破了比色型气体传感器在可逆性和耐湿性方面的瓶颈，同时构建了多模态深度神经网络对传感器色彩数据智能解析，实现了即拍即测和定量精准高效检测，推动了智能比色气体传感器在呼出气疾病诊断、危化气体泄漏监测等领域的应用。相关成果《Pb²⁺transfer-enabled recoverable hydrogel-based H₂S colorimetric sensing with assistance of multimodal deep learning for multifunctional applications》(《多模态深度学习辅助的Pb²⁺转移使能可恢复水凝胶基多功能H₂S比色传感器》)发表在材料科学领域权威期刊《Advanced Functional Materials》。论文第一作者为控制科学与工程学院2023级硕士生陈雅婧，通讯作者为张冬至教授。

针对柔性可穿戴应变传感器通过复杂布线与设备相连实现信号转换，导致高功耗、信号读取延迟、现场检测解析困难等问题，团队研发了柔性无线无源可穿戴力致发光比色可视化传感技术，提出一种人工智能辅助的无线、柔性、可穿戴的力致发光比色应变传感器系统。通过构建三明治结构柔性可穿戴力致发光薄膜传感器与基于轻量级卷积循环深度学习算法的色彩数据处理系统深度集成，实现了力致发光应变传感薄膜颜色的快速提取、解析和自动校正，拓展了可穿戴应变传感器在运动监测、姿态识别等领域的应用潜力。相关成果“An artificial intelligenceassisted flexible and wearable mechanoluminescent strain sensor system” (《人工智能辅助的柔性可穿戴力致发光比色应变传感器系统》)发表于微纳米技术领域权威期刊《Nano-Micro Letters》。论文第一作者为控制科学与工程学院董炎副教授，通讯作者为张冬至教授与董炎副教授。

针对可穿戴体液比色传感器受环境多因素影响导致精度低、多目标同时检测干扰导致解析困难等问题，团队研发了体液多组分标记物同步快速检测比色传感技术，提出了一种人工智能辅助的可穿戴微流控比色传感器系统，构建了用于眼泪收集和比色反应的柔性微流控贴片以及机器学习多通道色彩数据解析校正系统，实现了对泪液中维生素C、pH、钙离子和蛋白质的快速无创同步检测，突破了可穿戴体液传感器颜色数据采集与现场快速精确解析的瓶颈，促进了可穿戴体液比色传感器在健康监测、精准医疗以及远程诊疗领域的应用。相关成果“An artificial intelligence-assisted microfluidic colorimetric wearable sensor system for monitoring of key tear biomarkers” (《人工智能辅助的可穿戴微流控比色传感器用于泪液关键生物标志物监测》)发表在柔性电子技术领域权威期刊《npj Flexible Electronics》。控制科学与工程学院硕士生王子虎与董炎副教授为论文共同第一作者，张冬至教授与董炎副教授为共同通讯作者。

张冬至教授团队长期致力于微纳传感技术与微系统、柔性电子技术与智能感知、多参量传感与融合感知技术、电子信息技术与仪器等方面的研究。近年来，团队先后承担国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金项目、山东省重点研发计划项目等30余项，在Advanced Functional Materials、ACS Nano、Nano-Micro Letters、Nano Energy等国际权威期刊发表SCI论文200余篇，论文引用1.7万余次，H因子74，连续三年入选全球前2%顶尖科学家，连续两年入选全球高被引科学家，授权国家发明专利30余项。荣获中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖、中国商业联合会科技进步奖一等奖、山东省自然科学奖二等奖、日内瓦国际发明展特别嘉许金奖等多项科技奖励，指导大学生中国国际创新大赛获国家金奖2项。

论文链接：

1.https://doi.org/10.1002/adfm.202409017

2.https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-024-01572-5

3.https://www.nature.com/articles/s41528-024-00321-3