一種硬幣大小的仿生探測(cè)器可以識(shí)別不同氣體的獨(dú)特氣味特征，有助于檢測(cè)食品新鮮度，識(shí)別假冒產(chǎn)品，以及設(shè)計(jì)新款化妝品。

在激光束穿過(guò)氣體時(shí)，這款新器件可以對(duì)光束進(jìn)行分離和重組，以檢測(cè)氣體中化學(xué)物質(zhì)的信息。

清晨品茗咖啡飄出的香氣，我們可能會(huì)感受到白巧克力或榛果的香味，當(dāng)然也可能分辨不出這些氣味。因?yàn)?，氣味的感受比較主觀。新開發(fā)的氣體傳感技術(shù)正在尋求更客觀的氣味識(shí)別方法。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，現(xiàn)在，利用一種模擬人類嗅覺(jué)的方法，研究人員開發(fā)了一種微型光子傳感器。該傳感器集成于硅芯片，可以根據(jù)氣味的化學(xué)特征識(shí)別氣味。今年早些時(shí)候，法國(guó)一家利用人工智能（AI）和數(shù)字嗅覺(jué)技術(shù)模仿人類嗅覺(jué)的初創(chuàng)公司Aryballe，在歐洲SPIE光電子展上展示了這種傳感器。該傳感器可以確定一顆檸檬是否新鮮，新款香水是否符合消費(fèi)者喜好，或者一瓶威士忌是否是假貨等等。

當(dāng)我們吸氣時(shí)，鼻子中的400個(gè)神經(jīng)連接受體都會(huì)與空氣中飄散的數(shù)百萬(wàn)種不同化學(xué)物質(zhì)的一部分相結(jié)合。然后，鼻腔后部的神經(jīng)元聚集來(lái)自這些受體的信號(hào)，并將檢測(cè)到的整體化學(xué)特征傳輸?shù)截?fù)責(zé)嗅覺(jué)識(shí)別和情緒的大腦部分。最后，大腦會(huì)識(shí)別這種氣味特征或氣味“指紋”，并根據(jù)個(gè)體的經(jīng)驗(yàn)給它分配一些香味代號(hào)，例如檸檬味、花香或煙熏味等。

利用光學(xué)技術(shù)和電子“人造鼻”，可以通過(guò)在金屬表面上排列成網(wǎng)格的被稱為肽的仿生受體來(lái)模擬這一過(guò)程。帶有氣味的氣體中的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）與這些肽結(jié)合，改變了下層金屬表面與光的相互作用。

Aryball公司的Thierry Livache稱，有了足夠多類型的肽，這種裝置就可以對(duì)與之相互作用的不同氣味產(chǎn)生獨(dú)特的光響應(yīng)。然后，模式識(shí)別電子器件可以通過(guò)將這些基于光的“指紋”與數(shù)據(jù)庫(kù)中的模式進(jìn)行匹配來(lái)識(shí)別這些特征氣體。Aryball公司生產(chǎn)的這種探測(cè)器的早期版本體積較大，采用了昂貴的手持式掃描儀。現(xiàn)在，新器件可以嵌入在一個(gè)22毫米長(zhǎng)、4.7毫米寬的硅芯片上。

該器件由Livache團(tuán)隊(duì)和法國(guó)替代能源和原子能委員會(huì)CEA Leti合作開發(fā)。通過(guò)監(jiān)測(cè)VOC在128個(gè)460 nm寬波導(dǎo)（其中一半嵌入了肽）下的光束路徑中引起的位移來(lái)檢測(cè)VOC的存在。這些波導(dǎo)成對(duì)分組，每對(duì)形成一個(gè)傳感器。當(dāng)光進(jìn)入傳感器，被引導(dǎo)到一對(duì)波導(dǎo)中的光會(huì)被分離，然后在末端重新整合。

每個(gè)傳感器的設(shè)置，使其左側(cè)波導(dǎo)位于一個(gè)充滿肽受體的2 μm深的阱中，右側(cè)是一個(gè)不與氣體樣品相互作用的直通道。VOC的存在使左側(cè)光束的路徑相對(duì)于右側(cè)光束發(fā)生偏移，從而改變其相對(duì)相位。確切的相變?nèi)Q于肽阱中VOC的類型，從而使研究小組能夠獲得有關(guān)VOC化學(xué)組成的信息。

盡管已經(jīng)證明該方案可用于含有一種或兩種VOC的氣體樣品，但到目前為止，這種方案大多用于檢測(cè)生物液體中的化合物。Livache的團(tuán)隊(duì)通過(guò)添加多個(gè)傳感器，在VOC擴(kuò)散之前快速與之相互作用，現(xiàn)在證明它們可以成功識(shí)別和區(qū)分ppm體積濃度下的7種不同的氣味。

由于能夠快速、經(jīng)濟(jì)地檢測(cè)氣體中的化合物，CEA Leti的Loic Laplatine表示，他“很高興看到這些傳感器可以應(yīng)用于環(huán)境問(wèn)題，例如，減少食物腐敗和改善廢物管理”。Laplatine與Livache合作開發(fā)了這款新傳感器硬件。

Livache稱，這款傳感器的生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)該與目前使用的低成本大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)完全兼容，這將使廠商能夠相對(duì)容易地將該傳感器整合到現(xiàn)有技術(shù)中，例如汽車和消費(fèi)品包裝中。他還認(rèn)為，這款傳感器還可以用來(lái)幫助那些失去嗅覺(jué)的人。

審核編輯 ：李倩