电子鼻（人工嗅觉系统）在医疗检验中的重大应用
来源：慧闻科技
发布时间：2025-08-14
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随着嗅觉机理研究的不断深入以及现代生物医学技术的不断进步，仿生嗅觉引起人们广泛的关注，其中最受关注的当属电子鼻（人工嗅觉系统）在医疗检验中的重大应用。
由于人体在生病时会产生各种不同类型的气味，对应的疾病种类也各不相同，因而可以利用仿生嗅觉对人体疾病开展相关诊治。电子鼻能够在众多种气体混杂的环境中快速而准确地识别出各种气体的浓度，并对其作出定量分析。
基于以上原因，研究电子鼻传感器在医疗检测中的应用意义重大。结合电子鼻传感器的工作原理，目前市面上已经有对电子鼻在检测新冠肺炎、进行支气管扩张症支气管感染的试点研究和对胃部疾病的预检应用等。
电子鼻是模仿人类嗅觉感知的机理，以一系列选择性敏感材料制成的传感器作为敏感元件，构建的多种灵敏度好、检测限低、选择性好的仿生人工嗅觉系统。将传感技术与模式识别技术、计算机技术等有机地结合在一起，能够在众多种气体混杂的环境中快速而准确地识别出各种气体的浓度，并对其作出定量分析。
电子鼻包括三个主要部分：送样系统、检测系统、计算系统。
检测系统由传感器组组成，是仪器的“反应”部分。气敏传感器是人工嗅觉系统运行的前提，鉴于敏感材料的选择性，充分利用其阻值变化特征，并采取适当的算法可成功获取混合气体中各成分气体的浓度、种类等信息。
当与挥发性化合物接触时，传感器会发生反应，这意味着它们的电气特性会发生变化。在大部分的电子鼻中，每个传感器都对所有挥发性分子敏感，但每个都以特定方式敏感。可简单将电子鼻的工作归纳为：传感器阵列-信号预处理-神经网络和各种算法-计算机识别(气体定性定量分析)。
新冠疫情期间，美国食品和药物管理局（FDA）授权紧急使用一款设备——Inspectir Breathalyzer，这是一种使用呼气而不是鼻或咽喉拭子样本来检测新冠病毒的诊断测试仪器。其使用一种称为气相色谱—质谱（GC-MS）的技术来分离和鉴定化学混合物，并快速检测与SARS-CoV-2感染相关的呼气中的五种挥发性有机化合物。
基于金属氧化物半导体气体传感器阵列的电子鼻，在优化的特征提取方法和机器学习模型之后，同样也具备该功能。
像COVID-19这样的呼吸道传染疾病对可靠的即时检测提案产生了巨大的需求，以减少其对医疗保健系统、整个社会和企业的不利影响。大规模和快速测试所需的功能是检测时间短、样品材料收集方便和使用成本低。聚合酶链反应(PCR)检测是COVID-19检测的金标准，但需要专业设施，无法满足大规模检测需求。而电子鼻具有低成本、非侵入、可快速“嗅出”COVID-19及便携的特征，可作为一种非常有潜力的COVID-19快速筛查测试仪。
实现对人体呼出气体的检测，是预防部分疾病的一种简易高效的手段。然而常规的气体检测手段存在着仪器昂贵、操作繁琐和敏感性差等缺点，不符合实际使用背景。因此，构建一项低功耗、微型化、高灵敏度的人工嗅觉系统可以实现人体呼出混合气体的疾病预防检测。
人工嗅觉系统一般由气敏传感器阵列、信号采集与预处理以及模式识别几部分构成。在气敏传感器的制备方面，以MEMS微热板芯片为基础，选择具有优良选择性的敏感材料，制备成微型、低功耗的MEMS气敏传感器。模式识别方面，采用制备的MEMS气敏传感器构建传感器阵列，收集阻值信号，分别应用基于机器学习和深度学习的识别算法，构建人工嗅觉系统。
通过实验对比分析，选择最优模型，优化数据库来建立最终的人工嗅觉系统应用终端，该系统除了可以用于早期疾病高效预检之外，还可以在食品检测、环境监测等多领域提供了一种简单廉价高效的检测方法。
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