巧奪天工的人造傳感器

駱昌芹

從“電子警犬”說起

“丁零零……”報警電話響了，某公司被盜，保險柜中數萬元人民幣不翼而飛。王警官趕到現場后機警地掃視四周，發現保險柜旁有兩根頭發！多年的破案經驗告訴王警官，這是罪犯留下的。王警官取出一個方形的氣味分析儀，用鑷子夾起頭發放到盒窗上，儀器立即記下了罪犯的氣味。他打開跟蹤開關，按指向追擊，在某小區三幢一樓下，儀器發出“吱吱”的響聲，公安人員立即包抄，盜竊犯張某落網。

這是“電子警犬”現場破案的一幕。“電子警犬”能測出和區別千萬分之一濃度的氣味分子，已經接近警犬鼻子的嗅覺水平。這是應用紫外線吸收原理，模仿狗鼻子的功能制成的一種氣體傳感器。這種“電鼻子”現在已廣泛應用在礦井、化工廠有毒氣體的報警上，成了環境安全的“監督員”。

多彩的傳感器世界

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

最早的傳感器要數蛙眼電子模型了，它是由3800個光電管組成的200多千克重的笨家伙，能精確地模仿蛙眼的感覺過程。裝在機場，可以幫助導航人員跟蹤飛機;放置在公路旁，可以監測各種車輛。當飛機將要相撞，汽車違章超速時，它都能及時報警。隨著新材料研發和新技術的進步，現在的電子蛙眼已經很小巧，性能也更好了。

中央電視臺播放的天氣預報，是用風云四號氣象衛星探測的氣象資料。衛星怎么能知道大氣中的溫度、云層和水汽的變化呢？原來科學家在衛星上裝了含汞、鎘、碲三種元素化合物制成的紅外線傳感器。云層的厚度和性質不同，輻射出的紅外線強度不同，傳感器把這些資料記錄下來，用電信號傳送回氣象臺，經過計算機的分析處理，就做出了準確的天氣預報。

手機中的攝像機，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度的光，會產生不同的信號，再轉換成精確的圖像，拍出來的圖片就跟真實的一樣了。

異軍突起的生物傳感器

近幾年，科學家根據生物識別選擇性高的特點，又設計制造出生物傳感器。這種新型的傳感器把生物分子的識別功能和信號變換巧妙地結合在一起，用酶、微生物作元件材料，大大提高了傳感器的速度和準確性。日本科學家把酶固定在高分子薄膜上，同特殊設計的電路相連，制成了酶傳感器，用來測定化合物中的成分既快又準。例如測量血液中葡萄糖的酶傳感器，在幾秒鐘內就能顯示出血液中葡萄糖的含量，準確率達100%。得過麻疹的人不會再犯病，因為他的血液中產生了抗體。一定的抗體只對一定的抗原（疾病）產生抵抗作用，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，能準確測定血液中抗原的濃度，作為醫生診斷的根據。

生物傳感器模擬了生物的各種特殊功能，用生物物質做元件，能十分準確、快速地把要檢測的物質識別出來，在臨床醫學、環境監測、藥物毒性檢查、化工生產等方面有著廣闊的用途。

生物傳感器性能優越，但有很多技術難題還沒有解決。比如生物活性物質大都由蛋白質構成，在高溫和不適宜的酸堿條件下會失去活性等。

（編輯 文墨）