编辑推荐：
一种专为检测污染物而设计的新型传感器，在许多方面都比现有方法性能高出几个数量级。它可以检测纳克或皮克级的环境污染物——以前需要数天甚至数周才能获得的结果，现在只需几分钟即可获得。
多年来，维也纳工业大学的研究人员开发了一种独特的新型测量技术：利用纳米膜和红外光来检测极微量的各种物质。如今，该技术已被证实已具备实际应用价值，并在许多方面比现有方法性能高出几个数量级。环境污染物可在纳克或皮克级范围内被检测到——过去需要数天甚至数周才能获得的结果，现在只需几分钟即可完成。
过去几年，维也纳工业大学与衍生公司 Invisible-Light Labs 合作，开发并完善了这项测量技术。Invisible-Light Labs 由 Silvan Schmid 教授与 Josiane P. Lafleur 博士、Niklas Luhmann 博士和 Hajrudin Be?i? 博士共同创立。最终产品 EMILIE? 现已上市，首批科学论文也已发表。在两篇研究论文中，该团队展示了这项新方法的卓越性能：在《科学进展》(Science Advances) 上，该方法被应用于空气中的气溶胶；在《ACS Nano》上，该方法被应用于水中的纳米颗粒——甚至能够检测到尼龙茶包释放到茶水中的微量物质。“我们现在达到了一个关键的里程碑：我们证明了我们的方法在实际应用中表现出色，并且明显优于其他技术。”
用光使不可见的事物可见
“原则上，现在已经可以检测出几乎任何痕量化学物质，”研究团队负责人西尔万·施密德说。“例如，可以用红外波段的多种不同波长的光照射样品。不同的分子对不同的波长有响应——由此，我们可以确定样品中存在哪些分子。”
然而，这种方法也有其局限性：需要足够量的目标物质才能产生可测量的信号。样品中其他无关成分会掩盖目标信号，使其无法被检测到——就像电钻的噪音盖过了鸟鸣一样。
纳米膜技巧
“近年来，我们开发了一种检测方法，可以可靠地测量极微量的物质，”西尔万·施密德说道。该方法分析聚集在微小膜上的颗粒。将膜连同颗粒一起用红外光照射。某些波长的光会被颗粒强烈吸收，导致颗粒（以及膜）略微升温。这会引起膜振动行为的微小变化——类似于鼓声会随着温度略有不同。这些变化可以被非常精确地测量，从而能够对极微量的颗粒进行化学鉴定。
格陵兰岛的空气和一纳升茶
过去，检测空气中的超细颗粒物需要特殊的过滤器，空气必须经过数天甚至数周泵送才能积累足够的颗粒物。而采用这种新型的膜分离方法，所需的颗粒物数量大大减少——只需15到45分钟即可获得结果。采样时间缩短100倍，使得从人口稠密的城市地区到偏远的极地地区，都能经济高效地开展大气气溶胶化学成分的现场研究。
瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）极端环境研究实验室（EERL）的朱莉娅·施马勒教授利用这种新方法研究了北极和南极地区的气溶胶，以更好地了解它们对气候的影响。这些传感器灵敏度高，且足够便携，可以部署在极地地区的系留气球上，使研究人员能够研究空气中颗粒物的垂直分布和化学成分。
“得益于我们方法的高灵敏度，Julia Schmale 的团队能够以高时间分辨率分析颗粒的化学成分。现在，利用系留气球，我们可以观察气溶胶颗粒的化学成分如何在短时间尺度上变化，以及它在地面和更高海拔之间的差异——这在以前的方法中几乎是不可能实现的，”Invisible-Light Labs 的首席执行官 Josiane P. Lafleur 解释道。
这项技术对液体也极其有效：维也纳工业大学西尔万·施密德领导的研究小组分析了仅100纳升的茶水——大约是千分之一滴。即使是如此微小的样本，他们不仅能够检测到茶叶本身的成分，还能检测到茶包释放出的尼龙痕迹。
“我们已经证明，我们的方法代表了环境分析领域的一项重大进步，”西尔万·施密德说道。“我们现在正与Invisible-Light Labs公司合作，致力于进一步实现这项技术的商业化，并希望能够为更有效的环境保护做出贡献。”
