8/16/2022，光纖在線訊，Physics雜志7月29日文章，原作者 Rachel Berkowitz，法國硅光初創(chuàng)公司Aryballe新近開發(fā)了一種美分硬幣大小的生物探測器。這款產(chǎn)品可以識別不同氣體的獨特氣味特征，有助于檢測食品新鮮度，識別假冒偽劣，還可以用來設(shè)計新款化妝品。

圖：這款新器件可以對穿過氣體的激光光束進行分離和重組，以收集氣體中化學(xué)物質(zhì)的信息。

從清晨品茗咖啡飄出的香氣，有的人可能會聞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。因為，氣味的感受比較主觀。這種新開發(fā)的氣體傳感技術(shù)正在尋求更客觀的氣味識別方法�，F(xiàn)在，利用一種模擬人類嗅覺的方法，研究人員開發(fā)了一種基于硅芯片的微型光子傳感器。該傳感器可以根據(jù)氣味的化學(xué)特征識別氣味。今年早些時候，Aryballe的Thierry Livache在歐洲SPIE大會上介紹了這種傳感器。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者喜好，或者一瓶威士忌是否是假貨等等。

當(dāng)我們吸氣時，鼻子中的400個神經(jīng)連接受體都會與空氣中飄散的數(shù)百萬種不同化學(xué)物質(zhì)的一部分相結(jié)合（VOC 揮發(fā)性有機化合物）。然后，鼻腔后部的神經(jīng)元聚集來自這些受體的信號，并將檢測到的整體化學(xué)特征傳輸?shù)截?fù)責(zé)嗅覺識別和情緒的大腦部分。最后，大腦會識別這種氣味特征或氣味“指紋”，并根據(jù)個體的經(jīng)驗給它分配一些香味代號，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”，可以通過在金屬表面上排列成網(wǎng)格的被稱為肽的仿生受體來模擬這一過程。帶有氣味的氣體中的VOC與這些肽結(jié)合，改變了下層金屬表面與光的相互作用。有了足夠多類型的肽，這種裝置就可以對與之相互作用的不同氣味產(chǎn)生獨特的光響應(yīng)。然后，模式識別電子器件可以通過將這些基于光的“指紋”與數(shù)據(jù)庫中的模式進行匹配從而識別這些特征氣體。Aryball公司生產(chǎn)的這種探測器的早期版本體積較大，采用了昂貴的手持式掃描儀�，F(xiàn)在，新器件可以嵌入在一個22毫米長、4.7毫米寬的硅芯片上。

該器件由Livache團隊和法國替代能源和原子能委員會CEA Leti合作開發(fā)。通過監(jiān)測VOC在128個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檢測VOC的存在。這些波導(dǎo)成對分組，每對形成一個傳感器。當(dāng)光進入傳感器，被引導(dǎo)到一對波導(dǎo)中的光會被分離，然后在末端重新整合。

每個傳感器的設(shè)置，使其左側(cè)波導(dǎo)位于一個充滿肽受體的2 μm深的阱中，右側(cè)是一個不與氣體樣品相互作用的直通道。VOC的存在使左側(cè)光束的路徑相對于右側(cè)光束發(fā)生偏移，從而改變其相對相位。確切的相變?nèi)�決于肽阱中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生物液體中的化合物。Livache的團隊通過添加多個傳感器，在VOC擴散之前快速與之相互作用，現(xiàn)在證明它們可以成功識別和區(qū)分ppm體積濃度下的7種不同的氣味。

由于能夠快速、經(jīng)濟地檢測氣體中的化合物，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，例如汽車和消費品包裝中。他還認(rèn)為，這款傳感器還可以用來幫助那些失去嗅覺的人。

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