納米傳感器幾分鐘檢出農藥殘留，它有什么潛力？

電子發燒友網報道（文/吳子鵬）近日，英國卡羅林斯卡學院的科學家發表了一篇論文，闡述了一種新型納米傳感器，這種微型傳感器可以在5分鐘內檢測水果上農藥的存在。

目前，在我國要做果蔬的農藥檢測，基本途徑有兩個：一個是國家食品藥品監督管理局；還有一個是第三方的檢測機構。相對而言，這樣的檢測都是非必要不檢測，因為檢測流程還是比較繁復的。

卡羅林斯卡學院研究員稱，報告顯示，在歐盟銷售的所有水果中，一半以上含有農藥殘留，而這會危害人的身體健康。目前，用于檢測農藥的技術相對復雜。為了克服這個問題，于是開發了廉價且可重復使用的納米傳感器，用于檢測農藥在水果中的殘留。

根據相關報道，卡羅林斯卡學院研究團隊通過火焰氣溶膠沉積一步法快速制造SERS薄膜，SERS是一種強大的表面傳感技術，因而他們創建了一種 SERS 納米傳感器，以將銀納米顆粒的小液滴輸送到玻璃表面。通過調整單個銀納米粒子之間的距離，該傳感器的靈敏度得到了保障，進而在數分鐘之內檢測出了低濃度的對硫磷-乙基，這是一種有毒的殺蟲劑。

根據卡羅林斯卡學院研究員的描述，SERS 納米傳感器是一種廉價可重復使用的傳感器，可推廣用于檢測農藥在果蔬中的殘留。

當前，隨著納米技術和傳感器制造工藝越發成熟，目前納米傳感器已經逐漸和市場應用相結合，而不是僅存在于學術研究階段，接下來我們就來看一下產業的發展情況。

納米傳感器簡析

納米傳感器是測量物理量并將這些量轉換為可以檢測和分析的信號的納米級設備。如卡羅林斯卡學院研究團隊所做的，納米傳感器實際上就是基于納米材料打造傳感器，與傳統材料制成的傳感器相比，納米傳感器擁有很多突出的優勢，包括更高的特異性，更高的靈敏度，更快的響應時間，更高的測量通量，而且如果納米傳感器一旦研發成功往往具有更好的性價比。針對于檢測應用的納米傳感器，其能夠做到實時性，這一點是傳統傳感器很難完成的。

從產品類型來看，目前基本有三大類別，分別是光學納米傳感器、電化學納米傳感器、電磁納米傳感器。

光學納米傳感器是基于納米光子學打造的納米傳感器，原理一般是納米級物體和光在標尺的光之間的相互作用。此前有報道稱，清華校友、紐約州立大學布法羅分校電氣工程系教授劉強和其團隊在Advanced Materials上發表了一篇名為《基于液態金屬的納米光子學結構用于高性能 SEIRA 傳感》的論文，講到的便是一種光學納米傳感器，可用于醫療診斷、健康監測等領域。

電化學納米傳感器背后的邏輯是檢測由于散射的變化或電荷載流子的耗盡或積累而導致的分析物結合后納米材料中的電阻變化。實際上，我們也可以理解為電化學納米傳感器是納米材料和傳統電化學傳感器的有機結合?；诩{米材料的電化學傳感器呈現出體積更小、速度更快、檢測靈敏度更高和可靠性更好等優異性能，廣泛應用于工業過程控制、臨床醫學檢查、環境檢測、化學藥品安全性評價以及食品制藥等諸多領域。

電磁納米傳感器一般是指在納米級材料上實現磁特性，進而制備成傳感器。第一步是制造納米級別的磁體，第二步是實現材料和結構的正確結合，第三步是生成可采集的磁信號，最后是靈敏度等核心參數的校準。2020年，美國國家標準與技術研究所(NIST)的研究人員表示，他們正在基于熱磁成像技術和納米傳感技術制備一種納米級超靈敏溫度傳感器陣列，根據該研究員的描述，這種納米級溫度傳感器可嵌入到其他各種材料中。

在應用方面，目前尚處于初期的納米傳感器更多是面向檢測領域，包括食品檢測、農藥檢測、環境改善、水質監測等。

這其中電化學納米傳感器在食品檢測領域的潛力最大，傳統食品檢測也是基于化學傳感器，更通俗的叫法是“電子鼻”，這是一種氣體傳感器，它以特定的傳感器和模式識別系統快速提供被測樣品的整體信息，指示樣品的隱含特征，能夠分析食品樣本中的氣味，可得到與人的感官品評相一致的結果。而通過納米材料改善傳感膜之后，可以實現更快、更精準的檢測，尤其是進一步屏蔽了環境干擾的因素。而如英國卡羅林斯卡學院研究人員的這種做法，則是通過金屬納米顆粒來實現有毒物的檢測。

光學納米傳感器則可以提升醫學檢測、遺傳檢測和疾病治療的效果，在普通醫學檢測領域，原理和食品安全檢測是相通的，通過納米傳感器能夠改善檢測的效率和精度等。我們講一下疾病治療方面的，目前光遺傳技術以及光學納米傳感器在疾病治療方面有重要的應用前景，為帕金森氏癥、慢性疼痛、視力損傷等疾病提供了一種新的思路。瑞士洛桑聯邦理工學院還在去年提出一種新的納米光學生物傳感器，可用來檢測癌癥。

此外，納米傳感器在軍事和工業領域也有重要的應用和廣闊的發展前景，雖然目前產業新聞主要還是圍繞在學術端，但納米傳感器實際上已經形成了一定規模的市場。根據QYR的統計數據，2021年全球納米傳感器市場已經達到1.5億美元，預計到2028年將達到7.3億美元，年復合增長率達到25.2%。

中國納米傳感器動態

目前，我國在納米傳感器方面也是產研齊頭并進。在研究方面，深圳大學、青島大學和中國科學院大學等高校都在做納米傳感器相關的研究。

而中科院蘇州納米所則是產研一起抓。中國科學院蘇州納米所通過前沿學科交叉，把納米科技與信息科學,生命科學和物理以及化學等學科結合起來，實現微電子技術到納米電子技術的無縫過渡，開發智能型微觀醫療診斷技術和微觀治療技術。公開資料顯示，目前中科院蘇州納米所擁有納米器件研究部、先進材料研究部、納米生物醫學研究部、創新實驗室、輕量化實驗室五大研究機構，輔助以納米加工平臺、測試分析平臺、納米生化平臺、納米真空互聯實驗平臺、智能安全技術研究與應用中心五大支撐平臺，是發展納米傳感器的沃土。

在蘇州生物納米園，目前有數百家相關企業，研發重心圍繞生物納米方向，納米傳感器也是重要組成部分。根據蘇州納米城的官方信息，蘇州工業園區是全球八大納米技術產業集聚區之一，擁有超過700家納米技術企業。

總結而言，國內目前有很好的納米傳感器的發展土壤，未來可期。