ИСТИНА

Целью Проекта является создание научной платформы для разработки оптического многофункционального наносенсора на основе углеродных квантовых точек (УКТ) для определения одновременно нескольких параметров многокомпонентных жидких сред. Заявленная проблема подразумевает выполнение и фундаментальных исследований, и решение прикладных многопараметрических обратных задач фотолюминесцентной спектроскопии. Актуальность исследований связана, в первую очередь, с активным развитием науки и техники, где все более острым становится вопрос контроля содержания различных веществ в многокомпонентных средах: от одновременного определения содержания сахара, железа и др. компонентов в крови человека до мониторинга протекания химических реакций в различных технологических процессах, например, при молекулярных ДНК вычислениях. Существующие на сегодняшний день оптические наносенсоры не обладают высокой селективностью одновременно к нескольким соединениям в многокомпонентном окружении и не способны работать в режиме реального времени. В настоящем Проекте планируется разработать многофункциональный оптический наносенсор на базе углеродных квантовых точек для определения одновременно нескольких параметров (содержание ионов/молекул, температура, водородный показатель) многокомпонентных сред. Работа такого сенсора будет основываться на изменении различных характеристик спектров фотолюминесценции УКТ под действием различных параметров среды. Предлагаемый совершенно новый подход к обеспечению высокой чувствительности и селективности фотолюминесцентного наносенсора на основе УКТ заключается в использовании искусственных нейронных сетей (ИНС), которые хорошо зарекомендовали себя при решении многопараметрических обратных задач оптической спектроскопии. ИНС позволят с высокой точностью «распознать» изменения характеристик спектров фотолюминесценции УКТ, обусловленные изменением каждого из искомых параметров. Авторам настоящего Проекта неизвестны работы, в которых применялся бы такой подход в процессе разработки многофункциональных наносенсоров на основе УКТ. Это подтверждает высокую значимость и научную новизну предлагаемого исследования.

The aim of the Project is creation of the scientific platform for the development of the optical multi-functional nanosensor based on carbon quantum dots (CQD) for simultaneous determination of several parameters of multicomponent liquid media. The announced problem assumes both realization of fundamental researches and solution of applied multiparametric inverse problems of photoluminescence spectroscopy. The relevance of research is connected, first of all, with the rapid development of science and technology, where the question of control of content of various substances in multicomponent media becomes more and more acurate: from the simultaneous determination of sugar, iron and other components in human blood to monitoring of chemical reactions in various processes, for example, in molecular DNA computing. Existing now optical nanosensors do not have high selectivity to several compounds simultaneously in multicomponent environment and are not able to operate in real time mode. In this Project it is planned to develop multifunctional optical nanosensor based on carbon quantum dots for simultaneous determination of several parameters (ion/molecule content, temperature, pH) of multicomponent media. The functioning of such sensor will be based on the change of various characteristics of photoluminescence spectra of the CQD under the influence of various parameters of the media. We propose completely new approach to provide high sensitivity and selectivity of the photoluminescent nanosensor based on CQD consisted of use of artificial neural networks (ANN), who have proven themselves well in solving multiparametric inverse problems of optical spectroscopy. ANN will allow to "recognize" changes in the characteristics of photoluminescence spectra of CQD caused by changes of each of the desired parameters with high accuracy. The authors of this Project are not aware of the studies, which would apply this approach in the development of multifunctional nanosensors based on CQD. This confirms the high importance and scientific novelty of the proposed study.