从空气到茶：新传感器几分钟内揭示隐形污染

空气中的细颗粒物或水中的纳米颗粒——维也纳工业大学开发的一项卓越新技术，使得在极短时间内检测到极少量的各种物质成为可能。

多年来，维也纳工业大学的研究人员开发了一种不同寻常的新测量技术：利用纳米膜和红外光检测极少量不同物质。现在已经证明，该技术已准备好实际应用，并且在许多方面都比现有方法高出数量级。环境污染物可以检测到纳米级或皮克级的精度——过去需要几天甚至数周才能获得的结果，现在只需几分钟即可获得。

该测量技术由维也纳工业大学与由Silvan Schmid教授、Josiane P. Lafleur博士、Niklas Luhmann博士和Hajrudin Bešić博士创立的Invisible-Light Labs合作开发和完善。最终产品EMILIE现已商业化，首批科学论文也已问世。

在两篇研究文章中，团队展示了该新方法的优异表现：在《科学进展》中，该方法应用于空气中的气溶胶，在ACS Nano中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中的微量微量。“我们现在已经达到了决定性的里程碑。我们证明了我们的方法在实际应用中取得了优异效果，并且明显优于其他技术。”

NEMS-FTIR分析的实验装置。图片来源：ACS Nano（2026年）。DOI：10.1021/acsnano.5c22099

让看不见的东西用光变得可见

“原则上，如今几乎可以检测到任何微量化学物质，”研究团队负责人施密特说。“例如，样品可以用红外范围内多种不同波长照射。不同分子对不同波长有反应——由此我们可以确定样品中存在哪些分子。”

然而，这种方法存在局限性：需要足够的靶物质才能产生可测量信号。采样中其他无关成分可能遮蔽目标信号，使其隐形——就像电钻的噪音淹没了鸟鸣一样。

纳米膜技巧

施密德说：“近年来，我们开发了一种检测方法，使得能够可靠地测量极小数量的材料。”该方法分析在微小膜上积累的颗粒。膜与颗粒一起被红外光照射。某些波长被粒子强烈吸收，导致粒子——也就是膜——略微升温。

这导致膜振动行为发生微小变化——类似于鼓的声音因温度而略有不同。这些变化可以被高精度测量，甚至能用化学方法识别非常微小的颗粒量。

格陵兰的空气和一纳升的茶叶

过去，检测空气中的超细颗粒物需要特殊的过滤器，必须通过这些过滤器泵送空气数天甚至数周，直到积累足够的颗粒。采用新的膜基方法，所需颗粒数量大幅减少——只需15到45分钟即可获得效果。采样时间缩短了100倍，使得能够在人口稠密的城市到偏远极地地区，以经济高效的实地研究大气气溶胶的化学成分进行研究。

瑞士联邦理工学院极端环境研究实验室（EERL）的Julia Schmale教授利用新方法研究北极和南极地区的气溶胶，以更好地理解其对气候的影响。这些传感器灵敏度高且便携性强，可以部署在极地的系留气球上，使研究人员能够研究空气中粒子的垂直分布和化学成分。

“得益于我们方法的高灵敏度，朱莉娅·施马勒团队能够以高时间分辨率分析颗粒的化学成分。“Invisible-Light Labs首席执行官Lafleur解释道，现在可以通过系留气球观察气溶胶颗粒的化学成分在短时间内的变化，以及它在地面和更高高度之间的变化——这是以往方法几乎不可能实现的。”

该技术对液体也非常有效：由维也纳工业大学Schmid领导的研究团队分析了仅100纳升的茶水——大约是千分之一滴。即使如此微量，他们不仅能检测到茶叶本身的成分，还能检测到茶包中释放的尼龙痕迹。

施密德说：“我们已经证明了我们的方法代表了环境分析领域的重大进步。”“我们与Invisible-Light实验室合作，旨在进一步商业化这项技术，并希望能为更有效的环境保护做出贡献。”

Mihnea Surdu 等人，《利用纳米机电傅里叶变换红外光谱定量亚微米级大气气溶胶化学成分》，《科学进展》（2026）。DOI：10.1126/sciadv.aeb2254

Jelena Timarac-Popović 等，利用纳米机电系统傅里叶变换红外光谱进行微图级纳米塑性分析：NEMS-FTIR，ACS Nano（2026）。DOI：10.1021/acsnano.5c22099

期刊信息：Science Advances，ACS Nano 

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