癌症、動物死亡率和環境損害只是化學汙染的一些有害影響。在這裡，我們看看生物感測器在快速檢測這些汙染物中的作用。
化學製造造成了什麼汙染，為什麼我們需要檢測它？
化學製造業每年向環境中釋放大量汙染物；測量和監測這種汙染可以幫助我們保護最脆弱的人，並最終將這種汙染減少到安全水準。
化學製造業是世界上最大的行業之一，每年消耗全球化石燃料的 10% 以上，排放 3.3 千兆噸溫室氣體。它以多種方式對環境產生有害影響，包括增加空氣和水汙染、溫室氣體排放和土壤汙染。因此，化學製造對全球生態系統、動物生命和人類健康構成重大威脅。
近年來，有許多備受矚目的報導，突顯了化學汙染的危險性。例如，2019 年，路易斯安那州癌症發病率極高的兩個城鎮 LaPlace 和 Reserve 的故事成為全球頭條新聞。這兩個城鎮的空氣被大約 50 種有毒化學品汙染，包括苯、甲醛和氯丁烯等致癌物。接觸氯丁橡膠與這兩個城鎮居民面臨的癌症風險增加 50 倍有關，龐查特雷恩工廠設施化工廠已被確定為造成這種汙染的原因。
2020 年，科學家發現，從 2010 年到 2015 年，導致健康問題和動物大規模死亡的有害化學品水準增加了兩倍或更多。在研究中取樣的海豚中，發現 68% 的化學水準，高到足以影響其健康和長期生存。
顯然需要監測化學製造造成的汙染。我們需要測量這種類型的汙染，以證明化學品在多大程度上，會傷害地球和生活在地球上的人。測量技術使我們能夠確定人類和自然，可能面臨更多疾病和破壞風險的地區，使我們能夠採取行動保護弱勢群體和生態系統。
生物感測器已成為快速檢測化學製造中汙染物的重要工具。它們克服了傳統檢測方法的許多侷限性，並允許高階功能，如透過與物聯網（IoT）的連線進行即時感應。在這裡，我們討論如何使用它們來檢測不同類型的化學汙染。
用於檢測空氣汙染的生物感測器
生物感測器是將生物訊號轉換，為可以檢測和分析的電、光學或熱訊號的裝置。 這些感測器可以從複雜的樣品中檢測和量化目標分析物，包括空氣、水和固體樣品（例如土壤）。一般來說，它們提供高靈敏度，甚至可以檢測到目標分析物的最小濃度。
為了檢測空氣中的化學汙染，經常使用石英晶體微平衡（QCM）。這項技術測量石英晶體感測器，在被薄膜或液體覆蓋時產生的諧振頻率的變化。石英晶體被放置在兩個金屬電極之間，這些電極被功能化，以增強頻率變化檢測。QCM 感測器高度靈敏，甚至可以檢測到超小品質。
與替代感測裝置相比，QCM 是成熟的，低成本的，即使在小濃度下也能檢測到化學品。為檢測空氣汙染物而開發的其他生物感測器通常效率低下。需要更敏感和更容易獲得的生物感測器，如 QCM，來檢測空氣中的汙染物。
用於檢測水汙染的生物感測器
最近的研究開發了基於酶的奈米感測器，來監測水中的汙染物水準。這些生物感測器可以檢測水中超低水準的化合物，使它們對低水準汙染高度敏感，低水準汙染更難檢測，但對人類健康構成重大威脅。奈米材料由於其高穩定性和放大能力特性，是開發用於大規模水質分析的生物感測器的有吸引力的選擇。
除了基於酶的奈米感測器外，科學家最近還開發了一個無細胞體外轉錄平臺，該平台使用由配體感應（ROSALIND）啟動的 RNA 輸出感測器來發現水中的汙染物。在這個平台上，高度加工的 RNA 聚合酶與異構蛋白轉錄因子和合成 DNA 轉錄模板相結合，以調節熒光啟動 RNA aptamer 的合成。當暴露於汙染物時，會觸發適量轉錄，汙染物會產生可以檢測和分析的熒光訊號。
汙染物分析中生物感測器的未來
近年來，開發了一些有用的生物感測器，能夠監測化學製造中的汙染物。有可能進一步開發這些系統，以提高其靈敏度，並利用相關技術的進步。目前，許多生物感測器可以進行調整，以便它們可以收集連續資料，從而進行連續甚至即時監控。將來，我們可能會看到這些系統整合到物聯網中，以簡化和自動化資料收集和分析。
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