2009年9月14日
想象一下，一张带有圆点的邮票，只要改变颜色就能嗅出有毒气体或致命毒素。
手持阅读器分析传感器阵列的颜色变化，以快速监测环境中的有毒化学物质。图片来源:伊利诺伊大学肯尼斯·萨斯里克提供。
据9月13日的《自然化学》杂志报道，Kenneth Suslick和他的团队在伊利诺伊大学该公司开发了一种用于有毒工业化学品(TICs)一般检测的人工鼻子，简单、快速、廉价——通过可视化气味来工作。该传感器阵列可用于检测在工作场所或通过意外接触造成严重健康风险的化学品的高接触情况。
“我们的设备只是石蕊试纸的数字多维扩展。我们有一个6 × 6的不同纳米孔颜料阵列，它们的颜色会根据它们的化学环境而变化，”Suslick说，他是伊利诺伊大学的施密特化学教授。“颜色变化的模式是任何有毒气体的独特分子指纹，也告诉我们它的浓度。通过将该图案与彩色指纹库进行比较，我们可以在几秒钟内识别和量化tic。”
为了制造传感器阵列，研究人员在纸、塑料或玻璃等惰性衬底上打印出一系列微小的彩色点——每一个都是不同的颜料。然后，在接触产生气味的物质前后，用普通平板扫描仪或廉价的电子相机对这些阵列进行数字成像。而且，不同于以往尝试过的其他电子鼻技术，这些比色传感器不受相对湿度变化的影响。
虽然物理学家在工作场所有辐射防护徽章，但化学家和处理化学品的工人却没有类似的东西来监测他们接触潜在有毒化学品的情况。
该项目由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的国家环境健康科学研究所(National Institute of En欧洲杯线上买球vironmental Health Sciences)资助，是美国国立卫生研究院基因、环境和健康计划(NIH Genes, Environment and Health Initiative)正在开发的传感器类型的例证。
NIEHS负责人Linda Birnbaum说:“这项研究是NIEHS牵头的GEI暴露生物学项目的重要组成部分，该项目旨在开发监测和更好地了解环境暴露如何影响疾病风险的技术。”“这篇论文让我们离研制一种小型可穿戴传感器又近了一步，这种传感器可以检测多种空气中的毒素。”
为了测试他们的颜色传感器阵列的应用，研究人员选择了19个有毒工业化学品的典型例子。其中包括浓度已知会立即危及生命或健康的氨、氯、硝酸和二氧化硫等化学品。
实验室研究使用廉价的平板扫描仪进行成像。研究人员开发了一种功能齐全的手持设备原型，使用廉价的白光LED照明和普通相机，这将使整个扫描过程更灵敏、更小、更快，甚至更便宜。它将类似于卡片扫描设备。该设备目前正由位于加州帕洛阿尔托和香槟的iSense公司商业化。
研究人员说，旧的方法依赖于传感器，传感器的反应源自微弱和高度非特异性的化学相互作用，而这种新技术基于更强的染料分析物相互作用，对一系列不同的化学物质作出反应。这种传感器能够识别如此多的挥发性毒素，是因为用于区分阵列响应的相互作用范围增加了。
“这项技术的好处之一是它使用的组件是现成的，而且相对便宜，”NIEHS的博士项目主管David Balshaw说。“鉴于可以检测到的化学物质范围很广，而且阵列对这些化合物的高灵敏度，这种设备在职业环境中似乎特别有用。”