窦新存：基于工程嗅觉系统设计的体外人工鼻研究获关注

qingsuanzhi

自然界独特的工程能力使生物系统能够在发展过程中不断进化，改善感知能力使其对环境信息作出响应。在进化过程中，人类产生了听觉、视觉、味觉、嗅觉和触觉五种感觉系统，通过生物行为与外部环境相互作用并协调共生。近年来，很多技术基于生物作用机制的启发来模拟人类感知，例如可以识别气味的人工鼻、基于振动传感识别图像的计算机视觉以及基于压力传感的电子皮肤。这些传感器通过收集和量化不同的环境信号刺激来模拟生物器官的功能。同时，随着生物可相容材料的广泛应用，仿生人工器官不仅在环境监测和可穿戴智能设备方面取得了很大进展，还为受损器官的体外再生乃至仿生机器人的设计提供了工程基础。

人工鼻构建策略

       嗅觉是生物体在模拟气体风味分子或挥发性物质分子的情况下产生的一种感官，对生物体提高生存能力、辨别方向和繁殖后代具有重要意义。与其他感觉仿生技术相比，嗅觉仿生技术由于是化学物质传感而非物理传感，通常通过间接检测的方式进行分析，因此虽能给出化学物质类别信息，但难以实现高灵敏，高特异性的定量分析。能否将化学信息转化为容易量化的光学或电学信号模拟嗅觉系统，实现化学物质的非接触感知识别，是人工鼻领域一项极具挑战性的难题。
       基于上述考虑，中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队在工程嗅觉系统的高灵敏、快速、识别检测原理和器件设计方面长期攻关，发展了系列新的解决方案(Adv. Mater. 2020, 32, 1907043; Adv. Optical Mater. 2020, 8, 2000524; Adv. Sci. 2020, 7, 2002991; J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 8195; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202203358; J. Hazard. Mater. 2022, 436, 129263等)。
       上述研究受到国际同行广泛关注。受到Elsevier出版社生物及仿生材料领域新刊Engineered Regeneration邀请，团队发表了题为Engineered olfactory system for in vitro artificial nose的领域综述文章。团队全面系统地总结和评述了近年来发表的基于人工鼻的各项技术，并根据其模仿的嗅觉功能，将这些工作分为传感结构、识别系统和功能模块三个方面。展望了可应用在人工鼻领域的工程嗅觉系统性能提升策略和方法，包括分子识别技术、聚合物基材料和微阵列集成等。通过总结基于嗅觉系统仿生技术的人工鼻构建策略，指出了将其应用于痕量物质分析领域容易被忽视的问题，为更灵敏、更可靠、更多功能的体外人工鼻提供了独到的设计策略。
       新疆理化技术研究所为该文章唯一完成单位，博士生张天实为第一作者，导师窦新存研究员为通讯作者。该研究工作得到中科院西部之光、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院从0到1原始创新及国家高层次人才等项目的资助。
       论文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2666138122000597
      文章来源：新疆理化所
     窦新存，新疆理化所研究员。2009年7月以优异的成绩从中科院固体物理研究所毕业，获博士学位、中科院优秀博士论文奖和中科院院长奖优秀奖。目前在新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院及能源研究院从事纳米材料太阳能电池方面的研究工作。窦新存致力于发展新型纳米热电材料、半导体光电材料、器件组装优化以及开发等方面的研究，并取得了一系列的科研成果。2011年他曾应邀撰写英文专著Crystal Growth: Theory, Mechanisms and Morphology（Nova Publishers）中的一个章节。