【CMT&CHTV 文献精粹】

导语：本文介绍了一种新型的可扩展光学鼻技术，通过化学电阻调制的发光二极管阵列实现了对气体分子的高灵敏度检测。

在生物嗅觉系统中，大约400种不同的嗅觉受体以组合工作方式维持嗅觉功能，以区分各种气味化合物。模拟这种复杂的人工嗅觉系统极具挑战，尤其是制造包含大量传感材料的化学电阻阵列，所以人工电子鼻的制造极为困难。以往的电子鼻技术多依赖于与气体分子接触时，电阻发生变化的化学电阻材料，但随着传感器数量的增加，单独布线每个传感器的复杂性也随之增加。此外，现有的光学气体传感器阵列虽然避免了复杂的布线，但对传感材料的光学特性提出了更高的要求。

2024年5月，Advanced Materials发表了题为“Scalable Optical Nose Realized with a Chemiresistively Modulated Light-Emitter Array”一文，通过创新的材料加工和传感器设计，试图克服了这些限制，为人工嗅觉系统的开发开辟了新路径。

研究设计了一种新型的化学电阻光学鼻，该系统由100个化学电阻调制的发光二极管（ChemLEDs）组成。研究团队利用组合物材料加工和物理气相沉积技术，制造了大型的化学电阻传感器阵列。这些传感器与发光二极管结合，能够在接触到分析物时产生独特的光学读数。研究中使用了金属氧化物和有机化合物等多种材料作为传感元素，并通过模式识别技术对不同气体及其混合物的浓度和组成进行了定量预测。实验部分详细描述了传感器阵列的制造过程、材料特性分析以及气体传感测量设置。

本研究成功开发了一种新型光学鼻技术，通过化学电阻调制的发光二极管阵列（ChemLEDs），实现了对不同气体分子的高灵敏度检测。实验结果表明，该传感器阵列能够对八种单一气体（包括丙酮、一氧化碳、二氧化氮、乙醇、氨、甲苯、硫化氢和氢气）产生独特的光强度响应模式（图1）。每种气体的敏感性图谱均显示出特定的变化模式，这些模式对于气体的识别和分类具有重要意义。

研究中，传感器阵列对不同浓度的单一气体表现出了良好的浓度依赖性。通过线性回归分析结合留一交叉验证（LOOCV），研究团队展示了传感器在预测气体浓度方面的高准确性，平均绝对误差达到0.019。这一结果对医学检测领域，尤其是需要精确定量分析的临床检测中，具有显著的应用价值。

在对由氢气、丙酮、氨和乙醇组成的复杂气体混合物的测试中，采用自动编码器与多层感知器结合的模型（AE-MLP），传感器阵列能够准确预测混合物中各组分的浓度，平均绝对误差为0.051。这一能力对于环境监测和医疗诊断中的呼吸分析等应用至关重要，能够为临床医生提供更准确的诊断信息。

传感器阵列在接触到不同气体混合物后的几秒内即显示出显著的光强度变化，并在不到2分钟内达到饱和，显示出了快速的响应时间。此外，经过长时间的连续测量和气体暴露后，传感器仍能恢复到原始状态，证明了其良好的稳定性和可重复使用性，这对于临床应用中的长期监测尤为重要。

本研究成功展示了一种新型的光学人工鼻技术，该技术通过化学电阻调制的发光二极管阵列实现了对气体的高灵敏度和选择性检测。与传统的电子鼻相比，该技术简化了系统设计，消除了对每个传感器单独布线的需求，并通过并行光学读出显著提高了检测效率。研究还证明了该系统在实际应用中的潜力，尤其是在环境监测、食品质量和医疗诊断等需要高灵敏度气体检测的领域。尽管在灵敏度和检测限方面还有改进的空间，但本研究为未来人工嗅觉系统的发展提供了重要的理论和实践基础。

KWON H, KAMBOJ O, SONG A, et al. Scalable Optical Nose Realized with a Chemiresistively Modulated Light-Emitter Array[J]. Adv Mater, 2024, 36(29):e2402287. DOI:10.1002/adma.202402287.

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