什么是仿生传感器?你了解嗅觉仿生传感器吗?

传感器是现实中常为使用的器件，通过传感器能够对很多物理量进行测量。为增进大家对传感器的认识，本文将对仿生传感器予以介绍。通过本文，你将对嗅觉仿生传感器有所了解。如果你对嗅觉仿生传感器具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、仿生传感器

仿生传感器，是一种采用新的检测原理的新型传感器，它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器。

仿生传感器是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型的信息技术。这种传感器的特点是性能好、寿命长。在仿生传感器中，比较常用的是生体模拟的传感器。

二、生物嗅觉机理及嗅觉仿生传感器

嗅觉对动物的生存至关重要,是其鉴别食物、选择配偶、标记领地和躲避敌人等的重要信息来源,其他感觉系统无法替代。哺乳动物嗅觉感知由解剖和功能上独立的两部分完成,即犁鼻器系统和主嗅觉系统。前者主要接受信息素的刺激,引起机体内分泌变化,引发一系列生殖和社会行为。

自然界中的气味通常是由多种不同结构和性质的气味分子(odorant)组成的混合物，机体感受的是它们共同作用的综合效应。 气味感受器位于鼻腔上部的嗅上皮,主要由嗅神经元(OSN)、支持细胞和基底细胞等组成,其中嗅神经元是双极细胞,它的树突到达嗅上皮表面后末端变成圆形膨大,并发出数十根纤毛伸入表面黏液中。纤毛的质膜上存在气味受体,它在氨基酸序列上具有7个螺旋状跨膜结构,属于G蛋白偶联受体。气味受体基因是成员数目庞大的超家族, 但每个嗅神经元只表达其中一种受体基因。嗅上皮存在4个独立的空间区域,氨基酸序列具有高度同源性的气味受体倾向于分布在相同区域,但在特定区域内含不同气味受体的嗅神经元又随机分布,以提高对嗅质各个方位上的敏感性。气味分子与受体是以某些化学官能团的配位方式作用的, 使得同种气味受体可以接受多种不同气味分子的刺激, 或者说一种气味分子可以兴奋若干不同的嗅神经元。“专一表达、分区排列、随机分布、交叉配位”的特点让机体在嗅上皮中完成了对不同信息分子的最初选择性和初步的空间编码。

我们知道，动物是凭借灵敏的鼻子来闻出各种各样不同的气体，并做出相应的生理反应的。我们的鼻腔内壁上虽然只有大约1000 个类似于气敏传感器的气体接受细胞组，但它却能辨别出种类达数以千计的不同气味(嗅觉一般的人能闻出4000多种气体，嗅觉灵敏的人可以闻出10000多种气体)。最新的研究表明嗅觉的产生是由多个嗅觉细胞组合起来共同对某种气味进行“探测”的结果。每一种不同的组合，感知一种不同的气味,由于组合方式多种多样，因此动物能辨别大量不同的气味。目前仿生嗅觉的研究趋势是利用具有交叉式反应的气敏元件组成一定规模的气敏传感器阵列来对不同的气体进行信息提取，然后将这些大量复杂的数据交由计算机进行模式判别处理。

对于嗅觉的敏感机理,人们建立了许多模型, 但具体细节仍处于摸索中。国际上有关嗅觉和味觉的研究始于上世纪60年代。一方面, 生物学家、神经生理学家以及化学家,在嗅觉和味觉的神经传导机理方面进行了长期的摸索和研究, 提出众多的设想、模型和实验分析, 如美国MIT大学的神经生理学家Freeman教授对嗅觉模型进行了几十年的研究。另一方面, 从事分析化学、电子学、仪器科学等工程类的学者, 广泛开展了有关气体和离子传感器的研究和仪器研制,在许多领域开发出了具有嗅觉和味觉部分功能的分析仪器。因此,目前国际上有关气体检测的传感器和分析仪器种类繁多,但真正具有仿生功能的电子鼻还大多处在实验室阶段。

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