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仿生嗅觉传感技术的研究现状与进展 摘 要：嗅觉是生物了解外界气味信息的一个有效途径，但长期以来，由于人们对生物嗅觉基础知识了解甚少，以致人们在漫长的探索中也未能很好地解决嗅觉机理的根本问题，导致仿生嗅觉研究发展缓慢。近年来，随着生物化学、微电子制造技术的发展和生物电子技术的发展，仿生嗅觉传感技术的研究取得了新的进展，出现了如半导体材料、导电聚合物、声表面波、SPR、纳米 Sn 等新型的“仿生嗅觉”传感元件。本文介绍当前仿生嗅觉的研究基础—生物嗅觉以及仿生嗅觉传感技术研究现状和进展。 关键词：气敏传感器阵列；阵列式交叉反应；模式识别 The status and development of bionic olfactory sensing technology Abstract: The sense of smell is one of the most interesting of five human sensors, yet is understood the least for a long time. In recent years, with the advance of biochemistry, micro-electrics,technique of manufacturing and bioelectric, the bionic olfactory sensing technology hasmade a new progress. New olfactory sensors have been developed such as semiconductormaterial, conductive polymer, acoustic surface wave, SPR(Surface Plasmon Resonance),and nanometer. This paper introduces current research of bionic olfactory and the status anddevelopment of bionic olfactory sensing technology in detail. Key words: gas sensor array; bionic olfaction; array across reaction; pattern recognition. 引言 人们知道，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）。必威体育精装版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。 生物嗅觉的机理及仿生嗅觉系统 长期以来，嗅觉一直是我们所有的感觉中最为神秘的东西。我们还不知道识别和记忆约1 万种不同的气味的基本原理。不过，2004 年诺贝尔生理学或医学奖得主美国的理查德.阿克塞尔（RichardAxel）和琳达.巴克（Linda B. Buck）已经解决了该难题，他们一系列的开创性研究阐明了我们的嗅觉系统是如何工作的 [2-3] 。两位获奖者在1991年合作发表了基础性的论文，宣布他们发现了含约1,000个不同基因的一个气味受体基因大家族（占我们基因总数的3%），这些基因构成了相同数量的嗅觉受体类型，而这些受体位于嗅觉受体细胞内。每一种嗅觉受体细胞只拥有一种类型的气味受[4]，每一种受体能探测到有限数量的气味物质。因此，嗅觉受体对某几种气味是高度特异性的。尽管气味受体只有约1000种，但它们可以产生大量组合，从而形成大量的气味识别模式 [1] ，这也是人类和动物能够辨别和记忆不同气味的基础。 嗅觉系统工作时，嗅觉受体细胞会发出神经纤维信息到嗅小球，那里大约有2000多个确定的微区嗅小球[5]，嗅小球的数量大约是嗅觉受体细胞类型数量的两倍之多。嗅小球是很“专业化”的，携带同种受体的受体细胞聚集其神经纤维进入相同的嗅小球，即来自具有相同受体的细胞的信息会聚到同一嗅小球。随后嗅小球激活僧帽细胞的神经细胞。每种僧帽细胞只能由一个嗅小球激活，信息流的“特异性”也就因而保留。僧帽细胞然后将信号传输到大脑其他地方。结果，来自多种气味受体的信息整合成每种气味所具有的“特征性的模式”，使得我们可以自由地感