研究进展：环境传感器 | Nature Reviews Materials

生态学和环境科学方面，历史性和持续研究表明，在全球和地方生态系统中，迫切需要监测健康、可持续性和生产力。这些领域的研究方向，反映了既需要确定环境是否适合支持人类活动（定居、农业和工业），也需要评估这些人为活动的影响。还包括人类干预而降低生态系统生存能力的化学、生物和物理因素。评估这些因素及其对全球健康、生态稳定性和资源可用性的影响，需要改进现有的环境传感技术。

目前，影响目标生态系统的化学污染物、生物因子和不利物理条件的量化方法，缺少自动化和时空范围狭窄。材料科学、化学、电子学和机器人技术的最新进展，为这一问题提供了解决方案。还出现了完全自主、网络化和生态可吸收并降解的传感系统愿景，该系统可部署在大型空中、陆地和水生环境。

近日，西北大学Kenneth E. Madsen, & John A. Rogers，佐治亚理工学院Matthew T. Flavin在Nature Reviews Materials上发表综述文章，概述了在大规模分布式环境传感器网络的材料进展。

重点是支持环境因素准确量化的材料进展，以及适应全部或部分器件吸收的装置。首先概述了影响全球生态系统的危害，然后介绍了现有的检测方法，以量化其严重程度。继续探索影响传感器分散、移动、通信和功率的现有和正在开发的技术。

最后，描述了最近在开发环境可降解材料方面的研究进展，有利于实现大规模分布式（数百万个单独的传感器）瞬态传感器网络。

大规模分布式环境传感器网络的材料进展。

图1: 环境污染物的来源、种类及健康影响。

图2: 传感模态。

图3: 采样和部署策略。

图4: 通信网络和数据处理。

图5: 生物可吸收降解的环境传感器设计和材料。

多种可降解材料，包括：

• 基底与封装材料：如纤维素、丝绸、聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）、聚己内酯（PCL）等天然与合成高分子；

• 导体材料：镁（Mg）、锌（Zn）、钨（W）、钼（Mo）等可水解金属及其合金；

• 半导体材料：硅（Si）、氧化锌（ZnO）、二硫化钼（MoS?）等可降解半导体；

• 传感材料：包括用于比色检测的有机染料、酶、纳米颗粒，以及用于电化学检测的分子印迹聚合物、核酸适体等。

通过光刻、印刷、激光加工等微纳加工技术制备传感器结构；利用转移印刷、喷墨打印等方式将功能材料集成于可降解基底上；通过体外水解实验、土壤埋藏实验等评估材料的降解性能与传感稳定性；最终在模拟环境或真实野外场景中进行传感性能测试。