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IEEE专家分享:气体传感器能否检测新冠病毒?

新冠疫情为各国公共卫生系统带来巨大挑战,如何通过高效、便利的病毒检测技术助力疫情防控成为科研人员关注的焦点。近日,马德里胡安·卡洛斯国王大学“化学与环境工程小组”研究人员就作出假设,“电子鼻”或能通过气体传感器“识别”出新冠病毒。飞机制造商空中客车公司亦宣布计划于今年年底开始在机场安检通道测试 “电子鼻”气体传感器,它可嗅探出炸弹或危险化学品的,甚至可能检测到新型冠状病毒等传染性病毒。

那么“电子鼻”究竟是什么?气体传感器能否“辨认出”新冠病毒?IEEE会员、宁波大学信息学院副教授郑雁公对此作出了解答。

电子鼻如何嗅出病毒?

 “电子鼻是模拟动物的鼻子功能,一般由气体传感器阵列加上模式识别算法组成,其中气体传感器阵列专门对气体信息进行感知。”气体传感器专家郑雁公博士介绍道。作为电子鼻的“嗅觉器官”,气体传感器阵列遇到不同气体时可以呈现不同的灵敏度,从而达到“分辨”气体的效果。例如,A气体可在1号气体传感器上产生高响应,而对其他气体传感器则是低响应;与此同时,B气体产生高响应的2号传感器对A气体则不敏感。由此,整个气体传感器阵列对不同气体的响应图案是不同的,正是基于这样的区别,通过模式识别算法的分析和计算,电子鼻系统才能准确识别气味。

电子鼻作用原理

郑雁公博士认为:“电子鼻进行病毒检测主要是通过间接方法。理论上,电子鼻可以通过气体传感器阵列“追踪”病毒、细菌等生物体在人体内所散发出来独特的气体。因此,通过对患者呼吸气体的检测和筛查,并将其与健康人体的呼吸气体对比,可以达到筛查疾病的效果。”

“除了上述间接方式之外,目前已经存在多种基于DNA、抗体等生物敏感材料的生物传感器,有部分生物传感器已经进入商业开发阶段。”郑博士进一步介绍,“但无论是细菌还是病毒,均属于生物材料。而严格意义上,生物传感器并不属于气体传感器以及电子鼻领域。因此准确来说,目前没有电子鼻对病毒等生物体直接检测的研究。”

诊断疾病?电子鼻任重道

随着传感器、AI、机器人、等技术逐步改变传统医疗模式,呼气分析将成为一个重要的诊断手段,在未来或能指导许多疾病的治疗。就在去年,荷兰阿姆斯特丹大学医学中心研发出一种利用电子鼻“嗅”出肺癌免疫疗法适用者的快速检测法,准确率达85%。

郑雁公博士指出,虽然目前市面上已经存在好几种商业化的电子鼻产品,但在疾病检测的实际应用方面仍存在一些难点:“首先,疾病标记气体在呼吸气体的含量通常微乎其微(体积比在十亿分之一),并且同时存在很多干扰,即使健康人体的呼吸气体也千差万别,如何准确检测出标记气体尚比较困难。”

“其次,传感器阵列需要经常校准,由于传感器自身的噪声和不稳定性,如果需要准确检测,则需要经常对传感器进行校准和检查,引起很多不便。“

“最后,是疾病标记气体的准确性。虽然有不少研究已经发现某些呼出气体与疾病之间的关联,但仍需要去做更大范围的对比和深入研究,以确定标记气体和相关疾病之间的关联。除了确定标记气体的种类,该种气体的含量也需要有严格界定。比如,现在已经知道糖尿病人的呼出气体中丙酮浓度比正常人高,但还没有准确的浓度边界值。“

虽然目前电子鼻直接应用于疾病或病毒检测的研究尚未成熟,但郑雁公博士相信,未来电子鼻技术的进一步发展,会给食品检测、医疗及环境污染检测等多个领域带来突破。此外,郑雁公博士还预测道:“电子鼻能使易燃易爆气体的检测更加智能、高效,更好地维护公共安全。更大突破将会发生在刑侦和法医领域,比如应用电子鼻检测气体信息完成对嫌疑人的甄别和追踪,对爆炸物的检测等等。”

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本文由 Funstec非凡实验室 作者:Albert 发表,转载请注明来源!