传感器是一类具有信息感知和物理量转换功能的有形器件,在工农业生产、社会管理、公共安全、国防建设等领域具有广泛应用。在当今,传感器是实现万物互联的基础,是发展人工智能的必须。传感器技术发展备受重视。
不同于普通工业产品,传感器技术密集、种类繁多。传感器研发门槛高、周期长,而且具有突出的跨学科特点。传感器研发能力在一定程度上反映了一个国家、一个地区科技创新能力和科技发展水平。
需要指出的是,敏感材料的研制是传感器研发的关键所在。以创造新物质为己任的化学学科在传感器,特别是高端传感器研制中扮演的角色越来越重要。在过去的二十多年里,我国科学家房喻教授团队围绕薄膜荧光传感器(Film-based Fluorescent Sensors, FFSs)核心技术,坚持开展“敏感薄膜传感器探测装备” 全链条研究,实现了爆炸物、毒品探测技术和装备研制的重大突破,形成了具有完全自主知识产权的薄膜荧光传感技术体系。
在敏感材料创制方面,房喻教授团队通过敏感单元分子结构、薄膜态敏感单元聚集结构和敏感单元激发态性质的精细调控,发展了以化学键合、凝胶介导、组合设计和界面限域动态聚合等策略为特色的荧光敏感薄膜制备技术,创制了高性能爆炸物、毒品敏感薄膜材料,创造了爆炸物10-15摩尔量级气相探测纪录,首次实现了冰毒等多种毒品和“撒旦之母”等液体爆炸物的高灵敏快速可逆探测。
在FFSs和探测装备研制方面,房喻教授团队首创了叠层式薄膜荧光传感器结构,打破了国外公司对波导管技术的垄断,实现了FFSs底层技术的突破。
在敏感材料和传感器硬件结构创新基础上,发明了新型爆炸物传感器、毒品传感器、爆炸物/毒品阵列型传感器,研制了SRED系列爆炸物单模,首创了SRED毒品单模和SRED爆炸物/毒品双模荧光探测装备,创造了响应速度最快、灵敏度最高、薄膜器件使用次数最多的爆炸物和毒品探测纪录,实现了FFSs类高端传感器和探测装备的中国制造。
相关装备在众多领域获得了应用并销往国外,2019年开始列装部队。涉及化学战剂、神经毒剂、病原体等高危物质超灵敏探测的FFSs和装备研制也在有序推进中。基于原创研究,房喻教授出版了国际首部《薄膜基荧光传感技术与应用》专著。
经遴选与严格评审,世界最大、最权威的化学组织,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)于2022年10月17日宣布,房喻教授团队提出的FFSs以第四名入选IUPAC 2022年度化学十大新兴技术(Top Ten Emerging Technologies in Chemistry 2022)。
作为一个新的传感器细分领域,FFSs已经成为继离子迁移谱技术之后,最具发展潜力的微痕量物质探测技术。有理由相信,FFSs将在服务国家建设、保障人民生命财产安全、提高疾病诊断能力等方面发挥日益重要的作用。