描述

隨著人口的增加和全球工業(yè)化的發(fā)展，我們正在為了經(jīng)濟(jì)增長而危害環(huán)境安全。在快速的城市工業(yè)化和技術(shù)革命的背后，人類活動(dòng)排放了大量的工業(yè)廢物和污染物，不僅降低了環(huán)境質(zhì)量，而且使世界走上了災(zāi)難性和不可逆轉(zhuǎn)的氣候變化的道路，正如政府間委員會(huì)最近報(bào)告的那樣氣候變化 (IPCC) (1)。因此，要實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展，持續(xù)監(jiān)測和分析包括土壤、水和空氣在內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

然而，我們目前評(píng)估環(huán)境質(zhì)量的方式存在巨大不足：用于衡量室內(nèi)空氣和城市空氣質(zhì)量的指標(biāo)有限，只有少數(shù)舉措可用于衡量地方層面的劑量反應(yīng)；由于地處偏遠(yuǎn)，區(qū)域水質(zhì)數(shù)據(jù)收集極具挑戰(zhàn)性；由于技術(shù)問題，土地和土壤退化的大規(guī)模測量不充分 (2)。環(huán)境監(jiān)測的挑戰(zhàn)在發(fā)展中國家更加嚴(yán)峻，那里的基礎(chǔ)設(shè)施、可達(dá)性和科學(xué)能力都極為有限。

低成本和高性能電子設(shè)備推動(dòng)了傳感器技術(shù)的最新進(jìn)展。然而，目前的環(huán)境傳感器存在一些關(guān)鍵瓶頸：商用傳感器大多局限于溫度、濕度、顆粒物（PM）和二氧化碳傳感，其中分子檢測幾乎不可能。為了在分子水平上進(jìn)行徹底和詳細(xì)的檢測，需要對(duì)環(huán)境樣本進(jìn)行包裝、維護(hù)、交付和處理，然后才能由熟練的技術(shù)人員在配備齊全的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行分析。這表明當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)存在巨大差距。為此，我們創(chuàng)造了一種低成本的傳感設(shè)備，它便攜、易于使用，能夠?qū)崟r(shí)、高選擇性地檢測污染物。

考慮到上述情況，我們已經(jīng)為概念驗(yàn)證目的制作了最小可行產(chǎn)品 (MVP)。通過使用低成本熒光計(jì)、信號(hào)處理單元和 3D 打印成像室，我們可以檢測綠色熒光蛋白信號(hào)并獲得可觀的增益。我們的 MVP 的測量能力可與傳統(tǒng)上用于類似目的但僅在受控實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下使用的高端讀板機(jī)相媲美。

(1) IPCC – SR15。（訪問時(shí)間：2018 年 10 月 19 日）

(2) Ruta, G.監(jiān)測環(huán)境可持續(xù)性：趨勢、挑戰(zhàn)和前進(jìn)方向。（世界銀行，2010）。土井：10.1596/27445