澳門大學健康科學學院副教授張宣軍的研究團隊開發了光控制惰性/活性可轉換的二氧化硫納米感測器，具有按需檢測和長期保存的優勢，在實用型感測器的開發方面獲得了重大突破。該研究可應用於食品安全檢測上，能更有效地保障人類健康和福祉。研究成果已獲國際知名期刊《自然通訊》（Nature Communications）刊登。
在傳統感測系統中，響應部位總是處在活性狀態，因此很容易與周圍環境中的分析物進行反應，導致檢測器在未使用前已經被部分損壞，降低了檢測的精確度和可靠性。開發可調控的感測器以滿足即時、按需檢測的要求對於產品的轉化至關重要，但在技術面上仍要面臨很大的困難。
生物體過量產生甲醛和二氧化硫與多種疾病密切相關，甲醛和二氧化硫也經常被添加到食品中防腐以及保持產品的鮮度。因此，精確地檢測甲醛和二氧化硫對於人類健康是非常重要的。早前，研究團隊基於納米通道膜兩側的浸潤性調控開發了高效檢測甲醛的納米通道感測器，相關工作已發表在奈米快報上（Nano Letter 2022）。在此基礎上，研究團隊進一步研發實用型感測器用於多場景下二氧化硫的定量分析。然而，空氣中的二氧化硫（主要來源於生活和工業排放）與響應部位反應而降低產品的可靠性，使得感測器開發和儲存面臨很大的困難。
為解決該技術難題，研究團隊設計了光控制惰性和活性可轉換的感測器來實現二氧化硫的按需響應。這樣的感測器只需要在納米通道的表面修飾一種光致變色的探針分子便可實現。該感測器在使用前對二氧化硫是惰性的，與二氧化硫不發生反應，一旦經過紫外光照射即轉變為活性狀態，與二氧化硫發生高效加成反應。此時，納米通道膜從原來的疏水性變成親水性，導致更多的電解液離子能夠進入納米通道中，即跨膜的離子電流明顯增加。因此，通過跨膜電流的測試可以實現對二氧化硫的定量檢測。
研究團隊還同時設計了兩種非轉換型二氧化硫感測器來進行性能比較。在模擬的小型密閉的二氧化硫氛圍中，非轉換的納米通道感測器容易與二氧化硫發生反應而被損壞。但是在紫外光照射之前的可轉換納米通道感測器卻能夠避免被二氧化硫破壞，這有利於該器件產品的長期保存，也為研製其他刺激條件下可切換型納米感測器提供了新的技術思路。
該項目將前沿科學探索與產品轉化高度結合，以提高感測器的可靠性和延長保存期為目標導向的技術方案是可擴展、易於實施的，並且在經濟上是可行的。新開發的感測器經過紫外光照啟動後能在較寬濃度範圍內（10nM—1mM）對二氧化硫準確檢測，因此適合多種應用場景，目前已經成功應用於紅酒和市場上蘑菇中二氧化硫的定量分析。該研究成果已申請發明專利並以「通過光控光變色按需檢測二氧化硫的可轉換仿生物納米通道」（Switchable biomimetic nanochannels for on-demand SO2 detection by light-controlled photochromism）為題，發表於知名學術期刊《自然通訊》（Nature Communications）。
研究通訊作者為張宣軍，博士後張丹為第一作者；博士研究生孫永傑、王志超和劉芳亦對該研究作出了重要貢獻。澳門大學應用物理與材料工程學院教授邢貴川為SEM測量提供了極大的便利。健康科學學院的核心實驗中心，特別是蛋白質組學、代謝組學及藥物開發核心實驗中心和生物成像及幹細胞核心實驗中心為該研究提供了優質服務。該項目由澳門特別行政區科學技術發展基金（檔案編號：0085/2020/A2和0114/2019/A2)、廣東基礎和應用基礎研究基金(檔案編號：2022A151501061和2023A1515012524) 和澳大(檔案編號：MYRG2020-00130-FHS和MYRG2022-00036-FHS)資助。研究文章的完整版本可瀏覽https://doi.org/10.1038/s41467-023-37654-y
惰性和活性可轉換的納米通道感測器示意圖和使用離子電流的檢測機制
張丹博士（第一排，左三）、張宣軍教授（中間）