“物联网”发了篇Chem. Rev.，这和化学有什么关系？

说到论文，你是否为你的文章亮点发愁过？如果将我们的实验结果应用于交叉学科，或许不失为一种方向突破。比如今天要介绍的这篇Chemical Reviews 的文章，或许就可以让我们开阔一下思路，想一想化学与物联网（Internet of Things, IOT）之间的故事。

提到物联网，我们首先想到的可能是互联网。20年前，那时候手机没有无线网络，只有通话功能；如今，互联网深入到家家户户日常生活，从手机、电脑、日用家电，到汽车、安全控制系统等设备都可以与互联网相连。而物联网简单点说，是实现设备与设备、设备与人之间的互相连接和沟通。

物联网。图片来源：网络

自从20世纪90年代，Kevin Ashton提出了物联网概念以来，不仅受到互联网行业的关注，更受到科学界和工业界的重视。物联网的崛起，不但促进了智慧生活产业的成长，同时也加速催化了“工业4.0”的智能制造革命。作为化学和材料领域的研究者，我们如何利用“物联网”浪潮呢？

传感器与医疗即时检测。图片来源：Chem. Rev.

化学传感器之智能医疗

当物联网设备在解决与健康有关的复杂挑战时，分析化学和传感器的研究则要责无旁贷地提供数据支持。例如，可穿戴装备通过测试汗液中氯化物、葡萄糖、乳酸等物质的含量，记录人体的健康情况。

可穿戴柔性传感器。图片来源：Chem. Rev.

更有趣的是，有研究者受到美甲的灵感启发，发明了可穿戴的指甲“化学感应平台”，通过颜色变化测量pH，还可以循环使用。此外，植入型传感器通过对葡萄糖、DNA等标志物测量，更直接的获取病人的实时数据。当然，随之而来的问题便是体内传感器的生物相容性、生物降解芯片以及体内供电储能装置的研发等，这些都需要材料学和电子学领域的探索。

美甲型pH“指示剂”。图片来源：Chem. Rev.

化学传感器之智能农业

农业依赖于地区的气候条件和全球的自然生态系统变化，因此环境监测对现代农业十分重要，而传感器的升级可以增强人们对于自然的了解程度。例如，下图A中是安装在鸟类腿上的GPS模块，用于研究它们的迁徙路线。试想，如果将环境监测的传感器也安装其上，不就成了一个采集地区气候数据的有效途径么？

安装在鸟类身上的生物传感器。图片来源：Chem. Rev.

土壤传感对农作物生产同样重要。通过在土壤中分布的传感器系统，可以完成土壤中盐类、水分的监测，这使得灌溉与施肥的自动化成为可能。畜牧业也同样需要物联网终端，例如在牲畜身上安装传感器，可以更好的保护其免受伤害。

无线传感器网络用于牲畜监测。图片来源：Chem. Rev.

当然，成本、功能和稳定性成为传感器在农业应用中的挑战，它们需要适应不同自然环境，并且能稳定的测试和传输数据。

传感器在农业和食品工业中的应用。图片来源：Chem. Rev.

化学传感器之环境监测

化学传感器对环境的监测已有很久的研究历史，而将传感器与通信系统结合，便可以完成数据的实时搜集整理，实现短时间内对城市空气污染的测量和预警。有研究者在英国剑桥市进行了一项研究，利用电化学传感器对CO、NO和NO₂进行测量，该方法具有极低的检出限（ppb）以及精细的空间和时间尺度，可以实现动态空气质量网络绘制。

城市污染物监测。图片来源：Chem. Rev.

传感器在环境监测中的应用。图片来源：Chem. Rev.

化学传感器之食品安全

食品包装箱中的传感器，对氨或其他小分子进行检测，可以监测包装食品的新鲜度，确保包装食品的安全性。例如，有研究者在肉类包装中配置了小型传感器，作为实时监测的“化学条形码”，通过测量变质代谢物——CO₂及挥发性碱性氮的含量，确定包装内鸡肉的新鲜程度。

肉类新鲜度传感器。图片来源：Chem. Rev.

有专家估计，到2020年物联网将连接全球超过300亿件物品，全球市值将达到约7.1万亿美元，而测试的可靠性、数据的及时传输、廉价快速的分析方法、更精准的测量技术以及可回收的传感器器件，都是研究者努力的方向。作者预测，质谱联用分离技术和下一代测序技术都将会成为物联网领域的“新宠”，分析化学的进步将推动物联网技术走向新的高度。

传感器和分析化学在物联网中应用。图片来源：Chem. Rev.

限于篇幅，我们只举了一些化学传感器的例子。实际上，四处分散的设备要联系起来，物联网要真正运行，还需要化学和材料科学更多领域的通力合作，利用自己的专业知识，寻找交叉学科的突破点，解决应用领域的实际问题。比如，如何为这些设备提供廉价稳定的能量来源，如何降低这些设备可能造成的环境污染风险等等。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A Megatrend Challenging Analytical Chemistry: Biosensor and Chemosensor Concepts Ready for the Internet of Things

Michael Mayer, Antje J. Baeumner

Chem. Rev., 2019, DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00719

（本文由小希供稿）