鼻传感器 清华“电子鼻”研究，有望诊断癌症，流感等疾病
清华“电子鼻”研究，有望诊断癌症、流感等疾病
近日，清华大学机械系长聘副教授胡楚雄团队在电子鼻仿生嗅闻研究中取得新进展。
胡楚雄介绍，传统的电子鼻气体采样往往采取单次进样策略，得到的电子鼻传感信号缺乏有效的动态特征。
实验中，科研人员首先对乙烯、乙炔、丁烷3种挥发性有机物气体，分别使用传统单次进样方法与仿生嗅闻策略采样后，开展辨识探究。结果显示，在传统气体进样方法下，传感器响应幅值与气体浓度成正比，但无法提取有效的挥发性有机物气体种类信息。而在仿生嗅闻策略下，传感器的时序信号波形具有明显的区分度，可直接通过主成分分析辨识气体种类和浓度。
随后，科研人员又将试验品换成了不同种类的烈酒。结果再次证明，相较于传统单次进样方法，仿生嗅闻策略可将电子鼻设备对不同烈酒的辨识准确度从81.94%提升到95.83%，实现了对不同烈酒种类的高准确度辨识。
该研究成果日前以“像品酒师一样嗅闻：多重重叠嗅闻策略增强电子鼻的气味辨识能力”为题发表在《先进科学》上。胡楚雄说，仿生嗅闻策略有望应用于多样化的复杂气味检测分析场景中，例如基于人体呼出气对癌症、流感、糖尿病等疾病进行无损诊断，基于有害气体进行爆炸物搜寻与火灾隐患预警，基于香气检测对白酒、茶叶品质开展评估与真伪鉴别。
关于“机器鼻子”（嗅觉传感器
关于“机器鼻子”（嗅觉传感器）与人类鼻子的比较
这个领域确实比视觉和听觉传感器的发展要慢一些，但近年来也取得了显著进展。让我们来看看当前的情况：
1. 电子鼻技术：
目前已经开发出了被称为"电子鼻"的设备，它们使用各种传感器来检测空气中的化学物质。
2. 检测能力：
- 人类鼻子：能够区分约1万种不同的气味。
- 电子鼻：某些高端设备可以检测数百到数千种不同的化学物质，在某些特定任务中甚至可能超过人类。
3. 灵敏度：
- 在某些特定物质的检测上，电子传感器可能比人类鼻子更灵敏。例如，某些气体探测器可以检测到人类无法察觉的微量有害气体。
4. 持续性：
- 人类鼻子容易疲劳，长时间暴露在某种气味中会导致嗅觉适应。
- 电子传感器可以持续不断地工作，不会出现"嗅觉疲劳"。
5. 复杂气味分析：
- 人类鼻子在识别复杂混合气味方面仍然优于大多数电子设备。
- 但先进的气相色谱-质谱联用仪可以精确分析复杂混合物的成分。
6. 应用领域：
- 食品行业：用于质量控制。
- 医疗诊断：某些疾病可能通过呼吸或体液中的特定化学物质被检测出来。
- 环境监测：检测空气污染、有害气体等。
- 安全领域：检测爆炸物、毒品等。
7. 局限性：
- 当前的电子鼻技术在模仿人类对气味的主观感受和情感联系方面还有很大差距。
- 在复杂环境中识别和区分微妙气味差异的能力仍不及人类鼻子。
8. 未来发展：
- 生物电子鼻：结合生物传感器和电子技术，可能更接近模仿人类嗅觉系统。
- AI和机器学习：提高电子鼻在复杂气味分析和识别方面的能力。
虽然在某些特定任务和检测能力上，现代传感器技术可能超越人类鼻子，但在全面模仿人类嗅觉系统的复杂性和灵活性方面，技术仍有很长的路要走。人类鼻子与大脑的结合，使我们能够在复杂环境中快速识别和解释各种气味，这种能力目前的电子系统还难以完全匹敌。
不过，嗅觉传感器技术正在快速发展，未来可能会在更多方面接近甚至超越人类嗅觉能力。这个领域充满了创新和突破的可能性。
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