随着工业化和城市化的快速推进，水中微量污染物的监测与控制已成为全球性的环境挑战。清华大学环境学院施汉昌教授及其团队长期致力于水中微量污染物与生物传感技术的研究与开发，为水质安全提供了创新的解决方案。

水中微量污染物，如抗生素、内分泌干扰物、持久性有机污染物等，尽管浓度极低（通常为纳克或皮克每升级别），却可能对生态系统和人类健康构成长期、隐蔽的威胁。传统的水质监测方法，如色谱-质谱联用技术，虽然准确度高，但往往存在设备昂贵、操作复杂、耗时较长、难以实现在线实时监测等局限。因此，发展快速、灵敏、经济且便于现场应用的监测技术显得尤为迫切。

在此背景下，生物传感技术展现出巨大的潜力。生物传感技术是利用生物识别元件（如酶、抗体、核酸、全细胞或生物组织）与待测物发生特异性反应，再通过物理或化学换能器将反应信号转化为可定量检测的电、光、热等信号的分析技术。施汉昌教授团队的研究重点，正是将先进的生物识别机制与微纳加工、光电检测等工程技术相结合，开发用于水中微量污染物检测的新型生物传感器。

团队的研究与开发工作主要体现在以下几个方向：

1. 高特异性生物识别元件的筛选与固定化：针对不同类别的微量污染物，团队致力于筛选和改造具有高亲和力与特异性的生物分子，如基因工程抗体、核酸适配体或工程微生物。研究高效的固定化方法，确保生物元件在传感器表面的活性和稳定性，这是实现传感器长期可靠运行的关键。

1. 高灵敏信号转换与放大策略：为了检测超低浓度的污染物，团队探索了多种信号放大技术。例如，利用纳米材料（如金纳米颗粒、量子点、石墨烯）的巨大比表面积和优异电子特性来增强信号响应；或引入酶催化、DNA链置换等生化级联反应，将单个识别事件转化为显著的可测信号，从而将检测灵敏度提升至传统方法的数倍乃至数十倍。

1. 微流控芯片与集成化传感器系统：基于微流控技术，团队设计并制作了集成样品预处理、反应、分离和检测于一体的微型分析平台。这种“芯片实验室”系统能够实现自动化操作，显著减少试剂消耗和检测时间，并使设备朝着便携化、智能化的方向发展，非常适合用于水源地、水厂、管网等场景的现场快速筛查与在线监测。

1. 实际水样的适用性研究与技术验证：天然水体的成分复杂，可能存在多种干扰物质。团队高度重视生物传感器在实际水环境中的性能验证，系统研究浊度、pH值、离子强度、常见共存物等因素对检测准确度的影响，并通过设计特异性识别层、引入内参校正等方法提高传感器的抗干扰能力和可靠性。

施汉昌教授团队的工作不仅停留在实验室阶段，还积极推动技术的产业化应用。他们开发的部分生物传感设备已在一些饮用水源地、城市供水系统以及突发性水污染事件的应急监测中进行了示范应用，为保障水质安全提供了有力的技术工具。

水中微量污染物的监测需求将持续增长。生物传感技术的发展，特别是与人工智能、物联网、大数据分析的深度融合，将催生出更智能、更网络的实时水质监控预警系统。清华大学施汉昌教授团队在该领域的前沿探索，代表了环境生物技术开发的一个重要方向，其成果对于构建从源头到龙头的全流程水质安全保障体系，实现水环境的精准治理与风险防控，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。