很大一部分模擬電子產(chǎn)品都與現(xiàn)實世界的傳感器及訊號處理密切相關。使我們擁有能完美擷取并譯碼聲音、光、影像、壓力、運動、熱量和溫度的傳感器及運算系統(tǒng)。但是，在對味道和氣味進行檢測和分類時，仍面臨極大的挑戰(zhàn)，這是因為味道和氣味是基于化學而不是物理原理。研究人員孜孜以求堅持不懈地研發(fā)電子鼻(electronic nose)，是因為用于氣味或味道檢測的通用傳感器非常有用。 氣相色譜法或液相色譜法是目前用來判定未知氣味或味道最成功的方法，這種方法需要苦心準備，比較起來，倒不如把東西拿起來聞一聞或者嘗一嘗，然后說“嗯…聞起來/嘗起來…”要快得多也簡單得多。色譜法肯定比鼻子靈敏很多，而且可以分辨出更多的成分，但我們還是需要一種簡單的傳感器，能夠直接檢測出味道或氣味。 但是，到目前為止，研究人員的主要精力都放在檢測一種或一類密切相關的化合物上。與生物鼻相比，這種電子傳感器確實有其優(yōu)勢：更加靈敏，并且可提供定量結果。但是不要被誤導了，盡管“電子鼻”被媒體大肆宣揚，事實上在擷取、判斷和辨識分子光譜時，電子鼻仍遠不及生物鼻。 例如，馬薩諸塞大學(University of Massachusetts)阿姆赫斯特(Amherst)分校的一個研究團隊最近開發(fā)了生物電子氨氣傳感器(圖1)，他們認為這種傳感器是有史以來最靈敏的傳感器之一。氨氣對農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學和生物醫(yī)學都非常重要，但在高濃度時非常危險，人體的代謝過程中通常也會產(chǎn)生氨氣，在自然界的水、土壤、空氣甚至微小的細菌分子中也有。因此，即使只用來檢測氨氣，有這樣一個“鼻子”也不錯。 圖1 在這張充滿藝術感的圖片中，從地桿菌(Geobacter，背景)收集到的蛋白質(zhì)奈米線(淺綠色)位于電極(金色)之間，形成生物電子傳感器，可以檢測生物分子(紅色)。(圖片來源：馬薩諸塞大學阿默斯特分校/Yao Lab) 該團隊研發(fā)的傳感器采用從硫還原地桿菌中提取的電荷傳導蛋白質(zhì)奈米線，為電子設備提供生物材料。從他們發(fā)表在《Nano Research》上的學術論文“Bioelectronic protein nanowire sensors for ammonia detection”可知，基于奈米線的傳感器非常靈敏，能檢測的氨氣濃度范圍很寬(10~106ppb)。 這種細菌背后的故事也很有趣：三十多年前，資深論文作者及微生物學家Derek Lovley教授在河泥中發(fā)現(xiàn)了地桿菌。這些微生物長出的類似頭發(fā)的蛋白質(zhì)細絲可以充當奈米級“導線”，用于傳輸電荷以提供細菌所需的營養(yǎng)，并與其他細菌進行通訊。Lovley指出，研究人員可以對這些蛋白質(zhì)進行“調(diào)節(jié)”，使其對其他化學物也敏感，從而變得更通用。盡管可以調(diào)節(jié)，但它仍然是一個應用面較”窄“的傳感器，對有些應用程序和系統(tǒng)目標而言很適合，對另一些則可能完全不適用。 當然，也可以用一些非生物學方法來研制檢測指定氣味的電子鼻。其中一種技術是使用基于250GHz射頻的受雷射光譜(圖2)，其他技術則使用光譜的拉曼散射(Raman scattering，指光子的非彈性散射)來實現(xiàn)遠距離感測。 圖2 旋轉光譜儀(使用Virginia Diodes的接收器)表示這種250GHz氣體檢測裝置較復雜，還顯示了所采用的先進技術。(圖片來源：德州大學達拉斯分校) 然而，利用電子學、光學或生物電子學原理來實現(xiàn)能檢測多種化學物質(zhì)的通用氣味傳感器的目標仍然遙不可及。也許會有某種微信道，信道里面有多種反應物，它們之間會發(fā)生標記的電化學反應；也可能芯片上有一個色譜通道，輸入端有一個樣品加熱器，輸出端有一個流量傳感器。也許有人能想出如何利用電化學方法仿真具有不同嗅覺敏感度、能檢測多種不同氣味的生物鼻。最有名的可能是獵犬(圖3)，不過人類也可以像許許多多不同的動物一樣，聞到(并嘗出)多種化學物質(zhì)。能辨識氣味(和味道)既是天生的本領，也是透過后天的學習而做出的反應。