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生物传 感器在 农业物联 网中的应用 陈 明 孙连新 （滨州黄河三角洲高效生态产业现代技术研究院 山东 滨州 256606） 摘 要： 食 品安全 问题 关 系到人 民的身体健康和生命安全，利 用农业物联 网可以在技术上解决食 品生产过程 的监控 问题， 生物传感器是 一种利 用生物物质作 为识别元件，待 测物质与生物物质发 生生物 学反应， 产生的信 息被物理或化 学转换 器转变成可定量的物理 、化 学信号并 输 出的装置，拥有一 系列其他传感器所不具备 的特殊性能，在农业物联 网中具有广 阔的应用前景 。 关键词： 农 业物联 网； 生物传感器；食品安全 中图分类号：S122 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0410162－02 目前，食品安全 问题是影响到我国乃至全球人类生存的重 测。 大 问题，近年来全球食品安全 问题频发，而这些食品安全 问题 3）样 品无需预处理 。样 品的分离和检测 同时进行，而不 中，又以农药残留和过度使用化肥最为普遍[1]。对于拥有13亿 需要进行复杂的样品制备过程，这就使得在较为复杂的种植养 人 口的我国来说，人 民的安全吃饭 问题成为摆在政府和社会面 殖环境中能够方便快捷的获取测试结果。 前的一项刻不容缓的工作。 4）使用成本较低 。由于不需要样 品预处理，底物特异性 物联 网是将任何物 品通过信息传感设备，如射频识别装 强，检测精确度高， 同时生物传感器中固定化的生物酶或细胞 置、基于光声电磁的传感器等装置与互联网结合起来，进行信 不易随样品流失，大多数情况下可 以重复使用数次，从而在很 息交换和通讯，实现数据采集、定位、跟踪、监控并通过操作 大程度上降低了使用成本。 终端，实现智能化识别和管理的一种 网络 。物联网在农业中应 2 生物传感器在农业物联 网中的应用及其优势 用有助于实现对土壤、植被、浅层地质、气候、水文等农业生 农业物联 网包含感知层、传输层和应用层三个层面 [3]， 产要素的实时监测，通过对农业生产过程的动态模拟和对生长 其中感知层是其中最为基础的关键层面，担负着农产品生产、 环境 因子 的科学调控，达到合理使用农业资源 、降低生产成 加工、仓储、物流、销售整个流程中环境信息、加工信息以及 本、改善生态环境、提高农产品产量和品质、培育农产品市场 检验检疫信息的数据采集，整个农业物联网的正常运行都是基 诚信和对食品安全的信心的作用[2]。 于对这些数据整合分析的基础之上的。因此，数据采集的准确 物联 网的基础是传感 网[3]，传感 网中最基础 的数据采集 性和及时程度就成了决定农业物联网运行效率的关键因素。鉴 单元是传感器，传感器担负着感受被测量的信息，并将感受到 于生物传感器优 良的特性并结合农业生产的特点，生物传感器 的信息转换成 电信号或其他所需形式输出， 以实现 自动检测和 目前 已经有了一些初步的应用。 自动控制 。 目前，农业物联网中大多数环境参数都可 以通过物 2.1 在农产品生产环境检测中的应用 理传感器实现，如温湿度、光照、压力、二氧化碳等， 随着各 农产品的生产地环境因素是决定农产品质量是否安全的重 类传感器技术的不断完善 以及传感器生产的规模越来越大，传 要因素，只有原产地环境安全，才有可能生产出安全性高、品 感器的成本也在不断降低，为农业物联网的发展提供了保障。 质好的农产品。生物传感器在环境检测方面应用较为广泛，在 然而，对广大人 民群众关心的农药残留等 问题，实验室中一般 水、大气、土壤重金属等方面都有相关报道 。利用生物传感器 采用HPLC和GC-MS等较为复杂的方法 [4]，却始终无法通过传统 测定水 中生物需氧量，张悦 [6]等人采用聚 乙烯醇凝胶包埋方 传感器的方法来实现快速检测。