電子感覺傳感器技術發展動態解析

　　眾所周知，電子技術剛一出現，就被用于制造照相機和擴音器，從而擴大了人的視覺和聽覺功能。而另外三種感覺，嗅覺、味覺和觸覺卻大大落后了。然而今天的情況已不再是這樣了。實現嗅覺、味覺和觸覺功能的電子系統正在迅速發展。同時，新技術的出現，特別是生物芯片的出現，有希望大大延伸這三種感官的能力。

一、嗅覺系統

　　電子感覺傳感器中開發應用最廣泛的當屬電子鼻，其中英國以其雄厚的人才資源和研究基礎處于世界領先地位，英國的蘇格蘭高地科學研究集團的高級研究員喬治·多德被公認為電子嗅覺系統的先驅，他于1980年在沃威克大學首先研制出這種系統。

　　電子鼻是由傳感器陣列構成的。陣列中的每個傳感器覆蓋著不同的具有選擇性吸附化學物質能力的導電聚合物。吸附作用將改變材料的電導率，從而產生一個能測量的電信號。陣列中所有不同傳感器產生的信號模式代表了特定的氣味圖譜，通過與已知氣味數據庫相比較可識別出各種氣味來。

　　大多數嗅覺系統都使用類似的原理。英國有幾家公司正在開發或銷售這種系統，例如，Osmetech公司把這種系統用到英國新千年標志建筑物中，能檢測與便池傳染有關的六種細菌。

　　英國的Neotronics公司在若干年前即研制了一種電子鼻產品—eNose5000，現在又推出一種在線實時系統—ProSAT，這種系統標志著電子鼻已經走出實驗室，進入了實際工作環境。ProSAT能適應各種不同的傳感器技術，從導電聚合物到金屬氧化物半導體（MOS）技術以及體聲波和表面聲波器件等，主要應用于食品加工發酵和釀造業，以及在線水監測，醫學系統和火檢測等。 英國諾丁漢大學食品科學系另僻蹊徑，研制了一種基于質譜原理的新的電子嗅覺系統。這種系統能分析人吃東西時鼻子中嗅到的香味，用于解決如何生產出不同種類的好食品，例如，生產具有更佳香味的低熱能食品，該系統目前已有銷售。

　　另一種最近開發的電子鼻是由美國加里福尼亞工學院研制的Cyranose230，這是一種手持式的由32個傳感器組成的單元。經過“培訓”，它能嗅出特定種類的稻米，不但能說出其種類，而且可指出其產地。

二、味覺系統

　　與氣味最密切相關的感覺是味覺。一些國外的研究人員正努力開發電子舌，它能品嘗出不同種類的溶液。

　　美國德克薩斯大學的一項研究成果已經開始轉入商品化生產診斷儀器階段。這種電子舌是由微加工工藝制成的網狀硅片組成，里面還有一些小顆粒。與小顆粒相接觸的是化學傳感器，它通過改變顏色對刺激源產生響應。所以硅片被放在光源和成像傳感器之間。第一臺樣機是為檢測酸性和粘度而設計的。由于每個傳感器能響應不同的物質，從而產生獨特的紅、綠、藍色的組合。它能同時分析若干種化學成分。
　
　　正是這種傳感器的通用性使它適用于測量和分析含有各種生物和非生物化學成分的溶液，包括毒素、藥品、代謝物、細菌和血液產品等等。

　　俄羅斯圣彼得堡大學研制的電子舌能鑒別不同類型的軟飲料和酒，區分各種咖啡和分析血漿成份。處理電子舌產生的數據如同獲得化學結果一樣重要。

　　由于電子舌矩陣中傳感器數量多達40個，在多組分環境中每個傳感器都會產生一個復雜的響應，因此必須進行多維數據處理和利用不同模式識別法實現，例如，仿真神經網絡，或多變量校正系統等。每種數據處理方法都有自己的優缺點和局限性，因此必須認真加以考慮才能得到可靠的食品和分析結果。

　　電子檢測的基本目的是評價物質，最好是實時評價，就象我們聞味和吃東西時那樣。這類系統的潛在應用決不僅限于食品衛生那樣明顯的領域，還可用于醫學、生物技術和許多其它工業部門，例如，Purdue大學開發的一種新型生物芯片，通過電子電路與生物材料相結合，具有極廣泛的應用領域。僅在幾個月前宣布的這種新型生物芯片，有可能改變以往許多檢測和診斷方法。正是基于這種蛋白質匹配技術及其首次非實驗室應用，將開發出一類能檢測曾經在1999年奪走500人生命并導致數千人患嚴重疾病的利斯特氏病原菌。