《ACS Sensors》：Framing the Future: A Blueprint for Expanding the Architecture of Sensing Materials through Reticular Chemistry
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视网膜化学为传感器材料设计提供模块化、可调控的分子架构，推动多信号传导、分层集成与机器学习结合，解决健康监测、环境安全和工业应用中的关键问题。
2025年诺贝尔化学奖不仅庆祝了网状化学领域的成就（
(1)，也是传感器科学未来发展的一个重要转折点。Susumu Kitagawa、Richard Robson和Omar M. Yaghi的开创性工作开辟了一个全新的模块化多孔晶体架构领域，这些架构在分子分离、气体储存、水资源收集、能量转换、催化和化学传感等方面具有广泛的应用前景（
(2?4)。在化学传感领域，材料的结构特性直接决定了传感器的灵敏度、选择性、响应速度、稳定性、设备兼容性和可扩展性等关键性能指标。网状化学为传感材料的分子工程提供了一个新的概念框架，实现了前所未有的精准性、模块化和结构可控性。金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）以及其他网状结构现在处于一种新的发展阶段，它们通过提供可编程的结构，能够无缝地与各种分析环境对接，从而应对医疗健康、环境保护、食品安全和工业安全等全球性挑战。
这篇社论和相关的论文集（
Collection）强调了网状化学如何重新定义传感材料的分子设计方向，以及基于可控的自下而上组装、模块化组件和结构可调性的设计思维如何提升下一代传感器的性能。诺贝尔奖的颁发不仅促使我们回顾这些成就，还激发了新的思考：网状化学方法能否成为设计材料、设备和传感系统的蓝图，从而塑造未来的发展方向？
### 调节化学识别能力
网状化学本质上是一种架构设计学科，它允许将分子焊接成具有预定结构、孔隙率和功能的晶体晶格。这种结构可编程性为传感领域带来了极大的价值：它使研究人员能够通过自下而上的分子组装，将化学识别能力、表面吸附性能和传感转换机制同时编码到精确的晶体晶格中。这种以设计为导向的方法在传感应用中尤为有效，因为传感器的性能直接取决于分子尺度的相互作用（
(5)。网状化学使研究人员能够以原子级别的精度调节孔径大小、金属位点的活性、连接基团的性质、表面疏水性/亲水性的平衡、结构刚性以及宿主-客体相互作用（
(6?9)。这些结构特征的任何变化都能成为优化传感器性能的手段。此外，由于MOFs具有内在的孔隙率、高表面积、化学反应性和响应刺激的特性，它们为开发能够同时实现化学检测、过滤和解毒功能的智能膜铺平了道路（
(10?12)。通过这种方式，网状设计拓展了化学识别的能力，实现了对材料-分析物相互作用设计和读出的分子级控制，这是以前无法实现的。
### 提升信号转导途径
除了化学识别能力外，网状结构还丰富了传感过程中的信号转导机制。导电性和氧化还原活性的MOFs在低功耗电子设备中增强了电信号转导能力，能够直接将分子结合事件转化为电信号，从而实现有毒气体的超微量检测（
(5,6)。基于MOFs和COFs的光学技术（如荧光、镧系元素发光和电致化学发光）受益于其刚性结构，这种结构可以在分析物结合时发生改变（
(13?16)(17?19)。这些发展表明，网状结构通过将多样化的材料-分析物相互作用与多模态信号转导途径相结合，提升了传感科学中的检测性能。
### 构建分层架构
网状化学的架构概念不仅适用于分子层面，也适用于设备层面。越来越多的新兴传感技术利用分层架构，将框架与其他功能组件集成在一起。MOF/COF与金属氧化物、碳材料、聚合物、MXenes、气凝胶以及MOF-on-MOF复合材料的结合，提高了稳定性、导电性、选择性和结构稳定性（
(20?23)(24?26)(17,20)(12)。因此，利用自组装过程既可用于材料合成，也可用于设备集成，从而在结构控制方面实现跨越多个数量级的提升，最终制造出功能性的宏观设备。
### 与信息技术的协同作用
随着传感数据量的不断增加，网状材料为基于计算机的材料设计和信号反卷积（通过机器学习实现）提供了理想平台（
(27)(28)(28)(29,30)(31?34)。这些应用表明，网状材料为解决影响健康、安全、可持续性和生活质量的社会问题提供了新的解决方案。
### 诺贝尔奖的背景
2025年诺贝尔化学奖不仅表彰了新材料的创造，更体现了化学研究方法向功能性物质设计的转变。网状化学优雅地展示了如何将结构模块化、设计意图、快速可获取性和跨不同尺度的层次化控制融入化学研究。在化学传感领域，这种方法标志着一个重要的转折点，强调了可编程物质的高级分子级工具箱。网状化学要求我们像建筑师一样思考：将传感材料视为从一开始就不可或缺的集成系统的一部分，而不仅仅是孤立的组件。网状化学所提出的模块化、可预测性、可调性和分层构建的蓝图，为自下而上构建传感材料提供了基础，实现了跨分子、材料和设备界面的无缝集成。现在的挑战是在这一基础上进一步发展，拓展传感材料的架构，以有效应对保护人类健康、环境保护和促进可持续性等全球性挑战。
