11日，記者從位于浙江的之江實驗室獲悉，該實驗室超級感知研究中心研究專家王鏑及其團(tuán)隊開展的人工嗅味覺傳感器及相關(guān)技術(shù)研發(fā)，已取得手持式呼吸丙酮檢測設(shè)備、微型化嗅覺傳感器樣機(jī)1.0等階段性重要成果。

目前，大部分的氣體檢測設(shè)備主要針對有毒、有害氣體監(jiān)測，在智能技術(shù)迭代、應(yīng)用場景開拓等方面仍有很大的“淘金”空間。

手持式呼吸丙酮檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖（之江實驗室供圖）

比起感知聲、光、電、力等信號的物理傳感器，感知化學(xué)信號的氣體傳感器應(yīng)用拓展相對緩慢，這背后有復(fù)雜的技術(shù)原因。“由于現(xiàn)實中的氣體樣品混雜了大量不同種類的氣體分子，導(dǎo)致氣體傳感器易受干擾，可靠性相對較差。而且氣體傳感器的敏感材料需要暴露在外部氣體環(huán)境中工作，可能受化學(xué)物質(zhì)影響，導(dǎo)致器件的穩(wěn)定性不佳。”王鏑說。

據(jù)悉，在大量的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景催化，以及通信技術(shù)和人工智能技術(shù)的賦能下，氣體傳感器的開發(fā)在不斷推進(jìn)，其應(yīng)用場景從用于毒害氣體檢測逐漸向醫(yī)療護(hù)理、可穿戴設(shè)備、食品安全等領(lǐng)域拓展。

王鏑介紹，如在醫(yī)療領(lǐng)域，二氧化碳濃度曲線是判斷病人肺通氣情況的依據(jù)，某些氣體標(biāo)志物濃度曲線反映了慢性疾病的發(fā)展趨勢。在人工智能技術(shù)賦能傳感器后，智能氣體傳感器不僅能檢測氣體、繪制曲線，還可以判斷疾病發(fā)展程度，減輕醫(yī)護(hù)人員壓力，使疾病監(jiān)測和健康管理成為可能。

氣體傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域已有不少應(yīng)用案例。王鏑及其團(tuán)隊研制的手持呼吸丙酮檢測設(shè)備就是其中之一。其原理是利用氣體傳感器，檢測人呼氣中的丙酮含量，從而實現(xiàn)快速、無痛的I型糖尿病檢測。相較傳統(tǒng)的血液檢查，呼氣式檢測的診療體驗更佳。

“當(dāng)人體內(nèi)胰島素水平低時，無法將葡萄糖轉(zhuǎn)化成能量，轉(zhuǎn)而分解脂肪。作為脂肪分解后的副產(chǎn)品之一，丙酮會隨呼吸排出體外。”王鏑說，“我們研制的手持呼吸丙酮檢測設(shè)備采用比色式技術(shù)路線，通過檢測氣敏材料的顏色變化，測量人呼氣成分中的丙酮含量。”

據(jù)悉，被試者只需向設(shè)備吹氣，在氣體通過檢測單元時，丙酮敏感材料會特異性地與其中的丙酮發(fā)生反應(yīng)，并改變顏色，引起傳感器中的光信號變化，最終轉(zhuǎn)化為電信號將丙酮含量數(shù)據(jù)輸出。

“我們正在研制‘日拋’貼片式丙酮傳感器，這種傳感器成本低，能夠全天候自動測量皮膚揮發(fā)的丙酮氣體。”王鏑說，未來，在與人工智能技術(shù)結(jié)合后，貼片丙酮傳感器可以輔助糖尿病的診斷、監(jiān)測和用藥指導(dǎo)。

面對氣體傳感器及其應(yīng)用的“星辰大海”，王鏑說，其團(tuán)隊并未止步于研制單一氣體傳感器，而是瞄準(zhǔn)與智能設(shè)備兼容的高集成陣列式嗅覺器件，目前已取得階段性研究成果。“我們希望用小小的手機(jī)插件，同時辨別幾十種氣體，讓食品安全信息唾手可得、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)盡在掌握、可穿戴設(shè)備更加‘聰明’，獲取更全面、精確的健康數(shù)據(jù)和環(huán)境信息，為智慧生活裝上機(jī)靈的‘電鼻子’。”

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