巧奪天工的人造傳感器

駱昌芹

從“電子警犬”說(shuō)起

“丁零零……”報(bào)警電話響了，某公司被盜，保險(xiǎn)柜中數(shù)萬(wàn)元人民幣不翼而飛。王警官趕到現(xiàn)場(chǎng)后機(jī)警地掃視四周，發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)柜旁有兩根頭發(fā)！多年的破案經(jīng)驗(yàn)告訴王警官，這是罪犯留下的。王警官取出一個(gè)方形的氣味分析儀，用鑷子夾起頭發(fā)放到盒窗上，儀器立即記下了罪犯的氣味。他打開(kāi)跟蹤開(kāi)關(guān)，按指向追擊，在某小區(qū)三幢一樓下，儀器發(fā)出“吱吱”的響聲，公安人員立即包抄，盜竊犯張某落網(wǎng)。

這是“電子警犬”現(xiàn)場(chǎng)破案的一幕?！半娮泳蹦軠y(cè)出和區(qū)別千萬(wàn)分之一濃度的氣味分子，已經(jīng)接近警犬鼻子的嗅覺(jué)水平。這是應(yīng)用紫外線吸收原理，模仿狗鼻子的功能制成的一種氣體傳感器。這種“電鼻子”現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用在礦井、化工廠有毒氣體的報(bào)警上，成了環(huán)境安全的“監(jiān)督員”。

多彩的傳感器世界

傳感器是工程技術(shù)人員模擬生物的感覺(jué)器官，用各種有特殊功能的金屬、半導(dǎo)體、磁體和電解質(zhì)等材料制成的微型分析儀器。從家用電器到機(jī)器人，從溫室的恒溫控制到宇宙飛船的發(fā)射，都有傳感器在為人類工作。

最早的傳感器要數(shù)蛙眼電子模型了，它是由3800個(gè)光電管組成的200多千克重的笨家伙，能精確地模仿蛙眼的感覺(jué)過(guò)程。裝在機(jī)場(chǎng)，可以幫助導(dǎo)航人員跟蹤飛機(jī);放置在公路旁，可以監(jiān)測(cè)各種車輛。當(dāng)飛機(jī)將要相撞，汽車違章超速時(shí)，它都能及時(shí)報(bào)警。隨著新材料研發(fā)和新技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的電子蛙眼已經(jīng)很小巧，性能也更好了。

中央電視臺(tái)播放的天氣預(yù)報(bào)，是用風(fēng)云四號(hào)氣象衛(wèi)星探測(cè)的氣象資料。衛(wèi)星怎么能知道大氣中的溫度、云層和水汽的變化呢？原來(lái)科學(xué)家在衛(wèi)星上裝了含汞、鎘、碲三種元素化合物制成的紅外線傳感器。云層的厚度和性質(zhì)不同，輻射出的紅外線強(qiáng)度不同，傳感器把這些資料記錄下來(lái)，用電信號(hào)傳送回氣象臺(tái)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的分析處理，就做出了準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)。

手機(jī)中的攝像機(jī)，鏡頭中部都裝著影像傳感器，這是一種由感光元件組成的集成電路，晶體二極管接受不同強(qiáng)度的光，會(huì)產(chǎn)生不同的信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成精確的圖像，拍出來(lái)的圖片就跟真實(shí)的一樣了。

異軍突起的生物傳感器

近幾年，科學(xué)家根據(jù)生物識(shí)別選擇性高的特點(diǎn)，又設(shè)計(jì)制造出生物傳感器。這種新型的傳感器把生物分子的識(shí)別功能和信號(hào)變換巧妙地結(jié)合在一起，用酶、微生物作元件材料，大大提高了傳感器的速度和準(zhǔn)確性。日本科學(xué)家把酶固定在高分子薄膜上，同特殊設(shè)計(jì)的電路相連，制成了酶?jìng)鞲衅?，用?lái)測(cè)定化合物中的成分既快又準(zhǔn)。例如測(cè)量血液中葡萄糖的酶?jìng)鞲衅鳎趲酌腌妰?nèi)就能顯示出血液中葡萄糖的含量，準(zhǔn)確率達(dá)100%。得過(guò)麻疹的人不會(huì)再犯病，因?yàn)樗难褐挟a(chǎn)生了抗體。一定的抗體只對(duì)一定的抗原（疾?。┊a(chǎn)生抵抗作用，有高度的專一性。將抗體固定在薄膜上與電路板組合，就成了免疫傳感器，能準(zhǔn)確測(cè)定血液中抗原的濃度，作為醫(yī)生診斷的根據(jù)。

生物傳感器模擬了生物的各種特殊功能，用生物物質(zhì)做元件，能十分準(zhǔn)確、快速地把要檢測(cè)的物質(zhì)識(shí)別出來(lái)，在臨床醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物毒性檢查、化工生產(chǎn)等方面有著廣闊的用途。

生物傳感器性能優(yōu)越，但有很多技術(shù)難題還沒(méi)有解決。比如生物活性物質(zhì)大都由蛋白質(zhì)構(gòu)成，在高溫和不適宜的酸堿條件下會(huì)失去活性等。

（編輯 文墨）