巧夺天工的人造传感器

骆昌芹

从“电子警犬”说起

“丁零零……”报警电话响了，某公司被盗，保险柜中数万元人民币不翼而飞。王警官赶到现场后机警地扫视四周，发现保险柜旁有两根头发！多年的破案经验告诉王警官，这是罪犯留下的。王警官取出一个方形的气味分析仪，用镊子夹起头发放到盒窗上，仪器立即记下了罪犯的气味。他打开跟踪开关，按指向追击，在某小区三幢一楼下，仪器发出“吱吱”的响声，公安人员立即包抄，盗窃犯张某落网。

这是“电子警犬”现场破案的一幕。“电子警犬”能测出和区别千万分之一浓度的气味分子，已经接近警犬鼻子的嗅觉水平。这是应用紫外线吸收原理，模仿狗鼻子的功能制成的一种气体传感器。这种“电鼻子”现在已广泛应用在矿井、化工厂有毒气体的报警上，成了环境安全的“监督员”。

多彩的传感器世界

传感器是工程技术人员模拟生物的感觉器官，用各种有特殊功能的金属、半导体、磁体和电解质等材料制成的微型分析仪器。从家用电器到机器人，从温室的恒温控制到宇宙飞船的发射，都有传感器在為人类工作。

最早的传感器要数蛙眼电子模型了，它是由3800个光电管组成的200多千克重的笨家伙，能精确地模仿蛙眼的感觉过程。装在机场，可以帮助导航人员跟踪飞机;放置在公路旁，可以监测各种车辆。当飞机将要相撞，汽车违章超速时，它都能及时报警。随着新材料研发和新技术的进步，现在的电子蛙眼已经很小巧，性能也更好了。

中央电视台播放的天气预报，是用风云四号气象卫星探测的气象资料。卫星怎么能知道大气中的温度、云层和水汽的变化呢？原来科学家在卫星上装了含汞、镉、碲三种元素化合物制成的红外线传感器。云层的厚度和性质不同，辐射出的红外线强度不同，传感器把这些资料记录下来，用电信号传送回气象台，经过计算机的分析处理，就做出了准确的天气预报。

手机中的摄像机，镜头中部都装着影像传感器，这是一种由感光元件组成的集成电路，晶体二极管接受不同强度的光，会产生不同的信号，再转换成精确的图像，拍出来的图片就跟真实的一样了。

异军突起的生物传感器

近几年，科学家根据生物识别选择性高的特点，又设计制造出生物传感器。这种新型的传感器把生物分子的识别功能和信号变换巧妙地结合在一起，用酶、微生物作元件材料，大大提高了传感器的速度和准确性。日本科学家把酶固定在高分子薄膜上，同特殊设计的电路相连，制成了酶传感器，用来测定化合物中的成分既快又准。例如测量血液中葡萄糖的酶传感器，在几秒钟内就能显示出血液中葡萄糖的含量，准确率达100%。得过麻疹的人不会再犯病，因为他的血液中产生了抗体。一定的抗体只对一定的抗原（疾病）产生抵抗作用，有高度的专一性。将抗体固定在薄膜上与电路板组合，就成了免疫传感器，能准确测定血液中抗原的浓度，作为医生诊断的根据。

生物传感器模拟了生物的各种特殊功能，用生物物质做元件，能十分准确、快速地把要检测的物质识别出来，在临床医学、环境监测、药物毒性检查、化工生产等方面有着广阔的用途。

生物传感器性能优越，但有很多技术难题还没有解决。比如生物活性物质大都由蛋白质构成，在高温和不适宜的酸碱条件下会失去活性等。

（编辑 文墨）