仿生電子鼻如何模擬嗅覺？
文：戈麗安，國立中山大學數位內容及多媒體技術研究中心
黃英哲，國立中山大學資訊工程學系
人類嗅覺如何運作
我們的嗅覺是依靠位於鼻腔中的嗅覺組織，其中特殊的嗅覺受體細胞，能傳遞氣味分子的化學訊號轉換為電波訊號，並透過嗅球傳遞至腦部，幫助腦部進行嗅覺解析，而大腦皮質會將這些氣味分別進行歸檔整理，因此能夠產生對於各種氣味的記憶。例如，當我們聞到食物腐敗的氣味時，大腦會對比於新鮮食物的氣味記憶，使我們可以確認氣味的異同。
電子鼻感測的科學原理
電子鼻是近年來迅速發展起來的研究領域，為可模擬人類感官分析之電子分析軟體。起源 1982 年於英國 Warwick 大學的 Persaud 和 Dodd 模擬哺乳動物嗅覺系統的結構及原理，提出了以感測器矩陣技術為基礎的電子鼻，才讓這些主觀的感覺有了科學化的基礎。
國立清華大學電機系鄭桂忠教授研究電子鼻十餘年，鄭教授介紹電子鼻的應用原理，他在晶片表面塗上一層含碳的高分子材料，這是模擬我們的嗅覺受體細胞；當高分子接觸到氣體時，高分子就會膨脹變大，改變了高分子原先的電阻。
在感測器矩陣中配置八至九種不同的高分子材料晶片感測器，當不同成分的氣味分子接觸到感測器陣列時，會使每個感測器產生程度不同的電阻變化，不同氣體及濃度會讓陣列中各感測器產生不同的電阻數據，透過統計分析與預先建立的資料庫比對出氣體的種類，最後透過電子螢幕及圖像顯示，如此便成為該氣味獨特的電阻組合圖，就像不同的氣體有不同的身分辨識的指紋圖。
電子鼻的應用範圍
電子鼻的技術特色為檢測速度快，重複性好，還能檢測一些人鼻不能檢測的氣體，又可以避免人為誤差，所以可應用的範圍非常廣泛。例如食品工業用作食品保存監控及風味鑑定；環境保護方面可用作監測汽機車廢氣、工業廢氣等有害氣體；在軍事上用於毒性氣體監測等。
近年來電子鼻技術延伸應用在疾病的快篩檢測上，如同中醫診斷方式望、聞、問、切的「聞」來診斷。例如肺炎病患可能是由不同的細菌引發感染，因為細菌的新陳代謝也會產生氣體，因此不同種類細菌感染引發的肺炎，病人呼出的氣味也會有差異，透過電子鼻快速篩檢出可能的細菌類型，便可提供醫療人員在病人發病初期作選擇藥物的參考，可提高投藥的準確率，比一般透過細菌培養確認病菌需耗費四至五天的時間更有效率得多。最新的研究顯示，未來醫生可以讓病人利用電子鼻作簡單的呼吸測試，就可以篩檢出肺癌。
(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
新聞連結：https://scitechvista.nat.gov.tw/c/sgzA.htm
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