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  • 發布時間:2019-10-29 15:52 原文鏈接: 嗅覺傳感器:通過氣味找出異物和疾病

    人的五感中,嗅覺最為復雜,其機制還沒有完全查明。模仿嗅覺的機制,檢測氣味來源的種類、數量的“嗅覺傳感器”的開發在不斷推進。如果能夠實現,便可在通過氣味發現炸彈、發現癌癥等許多用途大顯身手。


    “就是嗅出C4(塑料炸彈)的氣味吧。”


    使用檢測氣味的傳感器躲避炸彈。這是2001年上市的戰術動作游戲《合金裝備2》(Metal Gear Solid 2)中的一幕。雖說當時還只是游戲里的內容,但在最近,隨著感知氣味的“嗅覺傳感器”的進化,這一場景即將成為現實。


    日本九州大學味覺和嗅覺傳感器研發中心的副教授小野寺武的研究小組,正在開發利用氣味探測炸彈的嗅覺傳感器。


    動物嗅到含有氣味成分的化學物質,會感測到氣味成分,在大腦中識別為氣味。該研究組以炸彈成分發出的氣味為對象,利用機械重現嗅覺的感知過程,開發出了能探測爆炸物的嗅覺傳感器。其原理是,開發出容易與炸彈成分結合的物質,通過掌握結合時成分性質的變化,探測炸彈的位置。

    截至目前,探測炸彈使用的是爆炸物探測犬,犬和人都需要接受專門訓練,而且,犬能夠集中精力探測的時間只有幾個小時,因此需要開發一種新的檢測方法。


    由于低誤測率物質的開發、特征分析軟件的開發、設備的小型化等方面存在重重困難,開發曾幾度受阻,但考慮到“啟動開發的2002年,是美國遭遇911恐怖襲擊的第二年。該項目具有深遠的社會意義”(小野寺副教授),開發最終堅持了下來。


    努力沒有白費,小野寺副教授介紹稱,“檢測已經達到了與犬相當的精度”。有研究認為,只要在氣體中達到500ppt(ppt為1萬億分之1,10-12)左右的濃度,犬就能嗅出炸彈的成分。而小野寺等人開發的傳感器,在溶液中可以檢出的最低濃度僅為5.7ppt。


    這種嗅覺傳感器很快便引起了關注。這是因為機場等公共設施具有提高安全性的社會需求,而且傳感器的應用范圍廣,對業務的影響較大。


    除了探測炸彈以外,嗅覺傳感器還可以用來檢測毒品,以及在災害現場探測人的氣味。還可用在案件偵查現場,采集能夠確認身份的氣味,替代指紋成為有力的證據。


    已經有飲料制造商開始在其工廠試用嗅覺傳感器。在使用生產過果汁的設備生產茶飲料時,盡管清洗了設備,有時還會發生果汁的香味轉移到茶飲料中的情況。嗅覺傳感器可用來確認清洗是否徹底。


    通過檢測特定成分診斷疾病


    嗅覺傳感器在醫療領域也有很多應用案例。其目的是利用嗅覺傳感器,檢測人呼氣的成分中是否存在某種疾病特有的物質,以便做到早發現、早治療。


    因為只需要呼氣,所以與血液檢查、采集組織切片的檢查相比,對人體造成的傷害較小。


    日本產業技術綜合研究所電子陶瓷部部長申Usoku與主任研究員伊藤敏雄開發的“呼氣氫濃度測量器”就是一個具體事例。


    申部長介紹說,飯后沒有被完全消化的碳水化合物,在大腸中會被細菌分解發酵,此時會釋放出氫氣。如果在呼氣中檢測到氫氣,就可以判斷消化吸收功能較弱。


    根據這一理論,申部長打算開發能在早期發現癌癥的嗅覺傳感器。日本國立癌癥研究中心2015年4月發布報告稱,推測日本全國的癌癥患者人數將在2015年達到98萬人。如果能在早期發現癌癥,可以拯救的生命數量也將飛躍式增加。


    申部長等人把目光鎖定在了肺癌患者的呼氣中可能含量較多的物質“壬醛”(Nonanal)上,開發出了可以檢測出該物質的傳感器,目前正與愛知縣的醫療機構合作,提高檢測精度。“除此之外,還在尋找其他候選的特征成分,并考慮利用多種物質進行檢測”。


    使用嗅覺傳感器在早期發現阿爾茨海默型等失智癥,通過訓練大腦,延緩其癥狀的發展。正在為此開展研究的,是日本產業技術綜合研究所身體適應輔助工程研究組的主任研究員小早川達。


    小早川表示,阿爾茨海默型失智癥的初期癥狀有時表現為嗅覺下降。小早川著眼于這一特點,開發了由氣味發生裝置、嗅覺傳感器、腦電波儀組成的系統。并利用該系統開展了對照研究,具體方式是,實時檢測有無氣味,并利用腦電波儀查看各人對氣味有無反應。


    小早川介紹說:“在實驗中,我們對健康人和嗅覺疾病患者進行了檢測。結果表明,健康人的腦電波在嗅到氣味后會作出反應。”現在,小早川正在努力開發更小型、成本更低的檢測系統。



    東京農工大學石田寬副教授開發的“嗅覺輔助面具”

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