解密气味传感器

随着人类对嗅觉识别过程理解的深入以及传感技术的发展，“电子鼻”技术应运而生。“电子鼻”是模拟动物嗅觉器官来识别一种或多种气味分子的气敏传感系统，它可以在几小时、几天甚至数月的时间内连续地、实时地监测特定区域的气味状况。与传统的气味分析技术，如气相色谱法，质谱法、火焰离子化检测法等相比，“电子鼻”技术具有快捷、简便、经济、客观、准确等优点。“电子鼻”因其独特的功能广泛应用于食品、医药、农业、环境监控及公共安全等领域。

　　从生物嗅觉原理出发进行“电子鼻”的设计是“电子鼻”技术研究的发展方向。“电子鼻”的核心是气敏传感器阵列，因此根据生物嗅觉原理发展高灵敏度、高可靠性的气味识别生物传感器是电子鼻技术发展的关键。

　　在这一领域，纳米材料呈现出与传统块体材料截然不同的性质，其独特的性质为生物传感器发展提供了全新的途径。基于纳米材料的传感器具有灵敏度高、特异性好、响应迅速等优点。目前，基于石墨烯的传感器需要液相条件下进行目标气味分子检测，限制了器件应用；基于碳纳米管的传感器采用的碳纳米管利用现有合成方法制备，多为金属和半导体混合纳米管，器件性能稳定性差；碳纳米材料表面的疏水性带来的纳米毒性还会降低生物敏感材料（如蛋白分子）的稳定性，对生物传感器的耐久性影响很大。

　　在此，我们就重点介绍一下一种基于硅纳米线的生物气味传感器，鉴于硅的化学特性比碳稳定得多，这种传感器还是大有前景的。

　　这种气味传感器是一种生物传感器，以硅纳米线为换能器，以昆虫气味结合蛋白OBP为生物敏感元件。昆虫气味结合蛋白OBP，优选自冈比亚按蚊（AnopheleGambiae）气味结合蛋白OBP。

　　硅纳米线表面连接修饰OBP蛋白分子的方法

　　这种生物传感器，以昆虫气味结合蛋白为生物敏感元件，利用气味分子与OBP分子的特异性结合，造成OBP分子构象的改变，从而使硅纳米线表面的电荷密度发生变化，通过检测硅纳米线电阻/电流的变化，实现对气味分子的高灵敏、实时检测。本技术所制得的气味识别生物传感器重现性好、灵敏度高、易于实现微型化，并且能够实现实时监测。

　　基于硅纳米线的气味识别生物传感器的结构示意图

　　这种传感器采用硅纳米线作为换能器，其比表面积高，对表面电荷密度改变极为敏感，可实现气相条件下气味分子的高灵敏检测，检测灵敏度达到ppb量级；工艺过程简单，可控性强，可与现有半导体工艺完全兼容；成本较低，适于批量生产。并且，本技术制得的生物传感器能够可逆地结合气味分子，可重复使用，节约成本。