气味传感器“嗅出”健康状况?
2024/09/05 | via.媒体 日本《每日新闻》 | 收藏本文
正如照相机可以代替人眼“看”的功能,机器能否像鼻子那样“闻”呢?推进这一研究的科研人员开发出超小型“气味传感器”。该技术有望用于诊断人类和家畜的健康状况。
物质材料研究机构嗅觉传感器团队负责人吉川元起如此形容测量气味的难度:“虽有可以代替眼睛和耳朵的设备,却没有可以代替鼻子的传感器。至于原因,就是气味浓度非常低。”构成气味的分子在气体中仅“相当于在游泳池里滴一滴眼药的浓度”。
况且,气味分子的数量超过40万种,混合方式有无数种。因此,现有传感器只能检测乙醇等特定气体,用途有限。吉川成立国际研究团队,成功开发出高灵敏度气味传感器。生物汇总检测各种气味分子,并对照自己以往记忆判断气味,团队利用人工智能(AI)模拟这一机制。
在装有电路的硅上涂抹吸附气味分子的“感应膜”,由此形成传感器。吸附分子时,膜发生形变。传感器电阻因而发生变化,电信号被检测设备接收。传感器搭载有多种感应膜,AI对各种电信号模式进行机器学习并解析,从而辨别气味。
吉川正探寻如何有效利用这一传感器。用途之一是在酪农行业,通过牛奶气味辨别牛类疾病。团队与位于筑波市的农业与食品产业技术综合研究机构推进联合研究。研究对象是牛酮血症。
研究发现,人如果不吃碳水化合物进行减肥,则身体脂肪燃烧时产生的酮体过剩积蓄,也会出现伴随疲惫乏力和恶心的酮症。牛如果吃了质量不佳的饲料患上酮症,则日渐消瘦且奶量减少。如果症状严重,则可以通过气味分辨出来。
那么,是否可以通过牛奶气味诊断酮症?吉川等人于2022年3月在农研机构那须盐原研究基地进行实证实验。团队用挤奶机器人挤奶,用气味传感器测定气味,同时还检查奶牛血液,测定引起酮症的一种酮体“β羟基丁酸”。连续进行10天实验后得以确认:血液检查和气味传感器结果相互关联。
通过牛奶气味代替血液检查诊断酮症的可能性显现。上述机构高级研究员中久保亮指出:“血液检查对牛造成很大压力,既会导致奶量减少又花费金钱,难以检查全部牛。如果能诊断牛奶气味,则可以降低检查门槛,如果尽早发现疾病,则可以通过简单治疗解决问题。”
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