纳米传感器几分钟检出农药残留，它有什么潜力？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）近日，英国卡罗林斯卡学院的科学家发表了一篇论文，阐述了一种新型纳米传感器，这种微型传感器可以在5分钟内检测水果上农药的存在。

目前，在我国要做果蔬的农药检测，基本途径有两个：一个是国家食品药品监督管理局；还有一个是第三方的检测机构。相对而言，这样的检测都是非必要不检测，因为检测流程还是比较繁复的。
 
卡罗林斯卡学院研究员称，报告显示，在欧盟销售的所有水果中，一半以上含有农药残留，而这会危害人的身体健康。目前，用于检测农药的技术相对复杂。为了克服这个问题，于是开发了廉价且可重复使用的纳米传感器，用于检测农药在水果中的残留。
 
根据相关报道，卡罗林斯卡学院研究团队通过火焰气溶胶沉积一步法快速制造SERS薄膜，SERS是一种强大的表面传感技术，因而他们创建了一种 SERS 纳米传感器，以将银纳米颗粒的小液滴输送到玻璃表面。通过调整单个银纳米粒子之间的距离，该传感器的灵敏度得到了保障，进而在数分钟之内检测出了低浓度的对硫磷-乙基，这是一种有毒的杀虫剂。
 
根据卡罗林斯卡学院研究员的描述，SERS 纳米传感器是一种廉价可重复使用的传感器，可推广用于检测农药在果蔬中的残留。
 
当前，随着纳米技术和传感器制造工艺越发成熟，目前纳米传感器已经逐渐和市场应用相结合，而不是仅存在于学术研究阶段，接下来我们就来看一下产业的发展情况。

纳米传感器简析

纳米传感器是测量物理量并将这些量转换为可以检测和分析的信号的纳米级设备。如卡罗林斯卡学院研究团队所做的，纳米传感器实际上就是基于纳米材料打造传感器，与传统材料制成的传感器相比，纳米传感器拥有很多突出的优势，包括更高的特异性，更高的灵敏度，更快的响应时间，更高的测量通量，而且如果纳米传感器一旦研发成功往往具有更好的性价比。针对于检测应用的纳米传感器，其能够做到实时性，这一点是传统传感器很难完成的。
 
从产品类型来看，目前基本有三大类别，分别是光学纳米传感器、电化学纳米传感器、电磁纳米传感器 。
 
光学纳米传感器是基于纳米光子学打造的纳米传感器，原理一般是纳米级物体和光在标尺的光之间的相互作用。此前有报道称，清华校友、纽约州立大学布法罗分校电气工程系教授刘强和其团队在 Advanced Materials 上发表了一篇名为《基于液态金属的纳米光子学结构用于高性能 SEIRA 传感》的论文，讲到的便是一种光学纳米传感器，可用于医疗诊断、健康监测等领域。
 
电化学纳米传感器背后的逻辑是检测由于散射的变化或电荷载流子的耗尽或积累而导致的分析物结合后纳米材料中的电阻变化。实际上，我们也可以理解为电化学纳米传感器是纳米材料和传统电化学传感器的有机结合。基于纳米材料的电化学传感器呈现出体积更小、速度更快、检测灵敏度更高和可靠性更好等优异性能，广泛应用于工业过程控制、临床医学检查、环境检测、化学药品安全性评价以及食品制药等诸多领域。
 
电磁纳米传感器一般是指在纳米级材料上实现磁特性，进而制备成传感器。第一步是制造纳米级别的磁体，第二步是实现材料和结构的正确结合，第三步是生成可采集的磁信号，最后是灵敏度等核心参数的校准。2020年，美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员表示，他们正在基于热磁成像技术和纳米传感技术制备一种纳米级超灵敏温度传感器阵列，根据该研究员的描述，这种纳米级温度传感器可嵌入到其他各种材料中。
 
在应用方面，目前尚处于初期的纳米传感器更多是面向检测领域，包括食品检测、农药检测、环境改善、水质监测等。
 
这其中电化学纳米传感器在食品检测领域的潜力最大，传统食品检测也是基于化学传感器，更通俗的叫法是“电子鼻”，这是一种气体传感器，它以特定的传感器和模式识别系统快速提供被测样品的整体信息，指示样品的隐含特征，能够分析食品样本中的气味，可得到与人的感官品评相一致的结果。而通过纳米材料改善传感膜之后，可以实现更快、更精准的检测，尤其是进一步屏蔽了环境干扰的因素。而如英国卡罗林斯卡学院研究人员的这种做法，则是通过金属纳米颗粒来实现有毒物的检测。
 
光学纳米传感器则可以提升医学检测、遗传检测和疾病治疗的效果，在普通医学检测领域，原理和食品安全检测是相通的，通过纳米传感器能够改善检测的效率和精度等。我们讲一下疾病治疗方面的，目前光遗传技术以及光学纳米传感器在疾病治疗方面有重要的应用前景，为帕金森氏症、慢性疼痛、视力损伤等疾病提供了一种新的思路。瑞士洛桑联邦理工学院还在去年提出一种新的纳米光学生物传感器，可用来检测癌症。
 
此外，纳米传感器在军事和工业领域也有重要的应用和广阔的发展前景，虽然目前产业新闻主要还是围绕在学术端，但纳米传感器实际上已经形成了一定规模的市场。根据QYR的统计数据，2021年全球纳米传感器市场已经达到1.5亿美元，预计到2028年将达到7.3亿美元，年复合增长率达到25.2%。

中国纳米传感器动态

目前，我国在纳米传感器方面也是产研齐头并进。在研究方面，深圳大学、青岛大学和中国科学院大学等高校都在做纳米传感器相关的研究。
 
而中科院苏州纳米所则是产研一起抓。中国科学院苏州纳米所通过前沿学科交叉，把纳米科技与信息科学,生命科学和物理以及化学等学科结合起来，实现微电子技术到纳米电子技术的无缝过渡，开发智能型微观医疗诊断技术和微观治疗技术。公开资料显示，目前中科院苏州纳米所拥有纳米器件研究部、先进材料研究部、纳米生物医学研究部、创新实验室、轻量化实验室五大研究机构，辅助以纳米加工平台、测试分析平台、纳米生化平台、纳米真空互联实验平台、智能安全技术研究与应用中心五大支撑平台，是发展纳米传感器的沃土。
 
在苏州生物纳米园，目前有数百家相关企业，研发重心围绕生物纳米方向，纳米传感器也是重要组成部分。根据苏州纳米城的官方信息，苏州工业园区是全球八大纳米技术产业集聚区之一，拥有超过700家纳米技术企业。
 
总结而言，国内目前有很好的纳米传感器的发展土壤，未来可期。