傳感器是現(xiàn)實中常為使用的器件，通過傳感器能夠?qū)芏辔锢砹窟M行測量。為增進大家對傳感器的認識，本文將對仿生傳感器予以介紹。通過本文，你將對嗅覺仿生傳感器有所了解。如果你對嗅覺仿生傳感器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、仿生傳感器

仿生傳感器，是一種采用新的檢測原理的新型傳感器，它采用固定化的細胞、酶或者其他生物活性物質(zhì)與換能器相配合組成傳感器。

仿生傳感器是近年來生物醫(yī)學和電子學、工程學相互滲透而發(fā)展起來的一種新型的信息技術(shù)。這種傳感器的特點是性能好、壽命長。在仿生傳感器中，比較常用的是生體模擬的傳感器。

二、生物嗅覺機理及嗅覺仿生傳感器

嗅覺對動物的生存至關重要,是其鑒別食物、選擇配偶、標記領地和躲避敵人等的重要信息來源,其他感覺系統(tǒng)無法替代。哺乳動物嗅覺感知由解剖和功能上獨立的兩部分完成,即犁鼻器系統(tǒng)和主嗅覺系統(tǒng)。前者主要接受信息素的刺激,引起機體內(nèi)分泌變化,引發(fā)一系列生殖和社會行為。

自然界中的氣味通常是由多種不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的氣味分子(odorant)組成的混合物，機體感受的是它們共同作用的綜合效應。 氣味感受器位于鼻腔上部的嗅上皮,主要由嗅神經(jīng)元(OSN)、支持細胞和基底細胞等組成,其中嗅神經(jīng)元是雙極細胞,它的樹突到達嗅上皮表面后末端變成圓形膨大,并發(fā)出數(shù)十根纖毛伸入表面黏液中。纖毛的質(zhì)膜上存在氣味受體,它在氨基酸序列上具有7個螺旋狀跨膜結(jié)構(gòu),屬于G蛋白偶聯(lián)受體。氣味受體基因是成員數(shù)目龐大的超家族, 但每個嗅神經(jīng)元只表達其中一種受體基因。嗅上皮存在4個獨立的空間區(qū)域,氨基酸序列具有高度同源性的氣味受體傾向于分布在相同區(qū)域,但在特定區(qū)域內(nèi)含不同氣味受體的嗅神經(jīng)元又隨機分布,以提高對嗅質(zhì)各個方位上的敏感性。氣味分子與受體是以某些化學官能團的配位方式作用的, 使得同種氣味受體可以接受多種不同氣味分子的刺激, 或者說一種氣味分子可以興奮若干不同的嗅神經(jīng)元。“專一表達、分區(qū)排列、隨機分布、交叉配位”的特點讓機體在嗅上皮中完成了對不同信息分子的最初選擇性和初步的空間編碼。

我們知道，動物是憑借靈敏的鼻子來聞出各種各樣不同的氣體，并做出相應的生理反應的。我們的鼻腔內(nèi)壁上雖然只有大約1000 個類似于氣敏傳感器的氣體接受細胞組，但它卻能辨別出種類達數(shù)以千計的不同氣味(嗅覺一般的人能聞出4000多種氣體，嗅覺靈敏的人可以聞出10000多種氣體)。最新的研究表明嗅覺的產(chǎn)生是由多個嗅覺細胞組合起來共同對某種氣味進行“探測”的結(jié)果。每一種不同的組合，感知一種不同的氣味,由于組合方式多種多樣，因此動物能辨別大量不同的氣味。目前仿生嗅覺的研究趨勢是利用具有交叉式反應的氣敏元件組成一定規(guī)模的氣敏傳感器陣列來對不同的氣體進行信息提取，然后將這些大量復雜的數(shù)據(jù)交由計算機進行模式判別處理。

對于嗅覺的敏感機理,人們建立了許多模型, 但具體細節(jié)仍處于摸索中。國際上有關嗅覺和味覺的研究始于上世紀60年代。一方面, 生物學家、神經(jīng)生理學家以及化學家,在嗅覺和味覺的神經(jīng)傳導機理方面進行了長期的摸索和研究, 提出眾多的設想、模型和實驗分析, 如美國MIT大學的神經(jīng)生理學家Freeman教授對嗅覺模型進行了幾十年的研究。另一方面, 從事分析化學、電子學、儀器科學等工程類的學者, 廣泛開展了有關氣體和離子傳感器的研究和儀器研制,在許多領域開發(fā)出了具有嗅覺和味覺部分功能的分析儀器。因此,目前國際上有關氣體檢測的傳感器和分析儀器種類繁多,但真正具有仿生功能的電子鼻還大多處在實驗室階段。

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