近日，我校化学与材料科学学院龙星宇副教授团队在食品化学领域国际TOP期刊《Food Chemistry》（中科院SCI一区，IF=9.8）在线发表了题为“Deep learning-assisted portable fluorescence device for dynamic monitoring of mercury absorption in rice”的研究论文。
该研究主要设计合成了一种基于氮掺杂碳点（N-CDs）的荧光探针，并开发了深度学习辅助的便携式荧光传感设备，用于水稻吸收Hg2+动态监测。
深度学习辅助的便携式荧光传感设备动态监测水稻中Hg2+吸收示意图
首先以三聚氰胺和柠檬酸铵为前驱体，采用一步水热法成功合成了N-CDs，其展现出优异的光学性能且对Hg2+具有高敏感响应。当Hg2+存在时，N-CDs与其形成稳定的非荧光络合物，引发静态猝灭效应，实现荧光信号动态响应（由蓝色逐渐褪去至消逝）。基于此，结合3D打印装置与智能手机构建了便携式荧光传感设备，通过其采集不同浓度Hg2+下N-CDs的荧光图像，并利用卷积神经网络（CNN）对RGB及HSV特征参数进行提取与学习，建立特征参数与Hg2+浓度的定量映射模型，希望实现Hg2+的精准定量。最后，将该方法应用于实际水样中Hg2+的检测与水稻Hg2+吸收过程动态监测，希望为环境Hg2+的现场检测及水稻吸收Hg2+机制的研究提供了一种简便、有效的新策略。
N-CDs与N-CDs/Hg2+的HOMO/LUMO轨道分布及能级结构图
为探究荧光猝灭是否由PET所介导，采用Gaussian 16软件进行了密度泛函理论（DFT）计算。优化后的N-CDs和N-CDs/Hg2+的几何结构、最高占有分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道（LUMO）能级的电子云分布图。从轨道电子云分布来看，N-CDs/Hg2+的HOMO轨道电子云主要分布在中心Hg2+及周围含N、O原子区域，说明Hg2+主要与N-CDs表面N、O活性位点（如氨基、羧基）发生配位，该配位作用进一步强化了PET过程的稳定性。
论论文第一作者为化学与材料科学学院2023级分析化学专业硕士研究生胡梦，龙星宇副教授与中科院地化所毛康副研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（42377456，U24A20620）和贵州省自然科学基金项目（ZK[2024]440）等项目的联合资助。
论文全文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.148815
