实验室压差传感器

为深入践行“八八战略”，主动融入海洋强省建设“833”行动，进一步强化产学研深度融合，12月4日，东海实验室与舟山海慧海洋科技有限公司举行签约仪式，联合成立海洋传感器技术与装备研究所。合作双方将按照“互惠互利、优势互补、合作创新、共同发展”的合作机制，联合组建“PI+东海研究团队+合作团队+行业专精特新企业”的创新联合体，共同推动人才培养、科技创新和成果转化，促进海洋产业经济发展，共同服务“海洋强国”战略。海洋传感器技术与装备研究所由东海实验室主办，舟山海慧海洋科技有限公司参与共建，聚焦国家在海洋生态文明、海洋碳汇等方面的监测需求，在海洋传感器相关领域开展技术攻关，力争短期内在浮游生物监测仪器、海洋二氧化碳分压传感器和海洋放射性在线监测传感器等形成快速突破。接下来，实验室继续围绕海洋强国重大战略和海洋经济发展重大需求，努力发挥合作双方的特色和优势，通过科技创新、产业创新，聚焦核心应用场景，实效快进、重点突破，在海洋智能装备领域研发新技术和新产品，为我国海洋观测产业发展提供有力支持。

浙江的之江实验室超级感知研究中心研究专家王镝及其团队开展的人工嗅味觉传感器及相关技术研发，已取得手持式呼吸丙酮检测设备、微型化嗅觉传感器样机1.0等阶段性重要成果。　　目前，大部分的气体检测设备主要针对有毒、有害气体监测，在智能技术迭代、应用场景开拓等方面仍有很大的“淘金”空间。　　比起感知声、光、电、力等信号的物理传感器，感知化学信号的气体传感器应用拓展相对缓慢，这背后有复杂的技术原因。“由于现实中的气体样品混杂了大量不同种类的气体分子，导致气体传感器易受干扰，可靠性相对较差。而且气体传感器的敏感材料需要暴露在外部气体环境中工作，可能受化学物质影响，导致器件的稳定性不佳。”王镝说。　　据悉，在大量的物联网应用场景催化，以及通信技术和人工智能技术的赋能下，气体传感器的开发在不断推进，其应用场景从用于毒害气体检测逐渐向医疗护理、可穿戴设备、食品安全等领域拓展。　　王镝介绍，如在医疗领域，二氧化碳浓度曲线是判断病人肺通气情况的依据，某些气体标志物浓度曲线反映了慢性疾病的发展趋势。在人工智能技术赋能传感器后，智能气体传感器不仅能检测气体、绘制曲线，还可以判断疾病发展程度，减轻医护人员压力，使疾病监测和健康管理成为可能。　　气体传感器在医疗领域已有不少应用案例。王镝及其团队研制的手持呼吸丙酮检测设备就是其中之一。其原理是利用气体传感器，检测人呼气中的丙酮含量，从而实现快速、无痛的I型糖尿病检测。相较传统的血液检查，呼气式检测的诊疗体验更佳。　　“当人体内胰岛素水平低时，无法将葡萄糖转化成能量，转而分解脂肪。作为脂肪分解后的副产品之一，丙酮会随呼吸排出体外。”王镝说，“我们研制的手持呼吸丙酮检测设备采用比色式技术路线，通过检测气敏材料的颜色变化，测量人呼气成分中的丙酮含量。”　　据悉，被试者只需向设备吹气，在气体通过检测单元时，丙酮敏感材料会特异性地与其中的丙酮发生反应，并改变颜色，引起传感器中的光信号变化，最终转化为电信号将丙酮含量数据输出。　　“我们正在研制‘日抛’贴片式丙酮传感器，这种传感器成本低，能够全天候自动测量皮肤挥发的丙酮气体。”王镝说，未来，在与人工智能技术结合后，贴片丙酮传感器可以辅助糖尿病的诊断、监测和用药指导。　　面对气体传感器及其应用的“星辰大海”，王镝说，其团队并未止步于研制单一气体传感器，而是瞄准与智能设备兼容的高集成阵列式嗅觉器件，目前已取得阶段性研究成果。“我们希望用小小的手机插件，同时辨别几十种气体，让食品安全信息唾手可得、环境监测数据尽在掌握、可穿戴设备更加‘聪明’，获取更全面、精确的健康数据和环境信息，为智慧生活装上机灵的‘电鼻子’。”

p 　　想象一下，有一天也许可以在你自己的厨房快速检测你的食物是否携带任何致命的微生物。该项研究在劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley实验室)进行，现在正在被Optokey公司商业化。 /p p 　　Optokey是位于California 州Hayward的一家新公司，已经开发出一种基于 a title=" " href=" http://www.instrument.com.cn/zc/34.html" target=" _self" strong 拉曼光谱 /strong /a 的微型传感器，可以实现分子水平上的快速、准确地检测或诊断。“我们的系统可以做化学、生物学、生物化学、分子生物学、临床诊断、和化学分析等工作”，公司总裁和创始人Fanqing Frank Chen说。“我们的系统应用起来非常便宜，而且人为干预很少。” /p p 　　这项技术基于表面增强 a title=" " href=" http://www.instrument.com.cn/zc/34.html" target=" _self" strong 拉曼 /strong /a 光谱(SERS)，虽然SERS是一个高灵敏的分析方法，但结果不容易重现。Berkeley实验室的科学家Chen和他的同事们开发了一种解决这个问题的方法，他们称为“纳米等离子体谐振”的技术，利用这种技术测量纳米结构活性表面光子间的相互作用进行化学和生物传感，使测量方法更加可靠。 /p p 　　“在Optokey，我们能够大规模生产这种纳米等离子体谐振器晶片,” Chen说。“我们从研发领域转变为工业生产。” /p p 　　这种微型传感器使用微流体控制系统实现“芯片上的实验室”自动化液体取样。“我们利用从高科技半导体制造方法中获得的知识控制芯片的成本、体积和准确性”，制造副总裁Robert Chebi说, Robert Chebi在微电子行业具有丰富的经验，曾在Lam Research and Applied Materials工作。“我们也利用激光和光学领域的所有知识开发这项专业的基于拉曼的检测方法。” /p p 　　Chebi将Optokey的产品称为“生化的鼻子”，或先进的纳米光子自动化系统，检测灵敏度为单分子水平，远优于当今市场上的传感器。“今天的检测和诊断方法还远不够完美——检测限在PPM(百万分之)和PPB(十亿分之几),”他说。“此外,我们的系统可以在几分钟内提供信息，甚至连续同步，而其他方法，如果样品必须被送到另一个实验室可能需要几小时甚至几天。” /p p 　　对于应用，他说，潜在的应用非常广阔，包括食品安全、环境监测(液体和气体)、医疗诊断和化学分析等。Optokey的客户包括一个欧洲公司(食品安全),中国石化公司(杂质的检测)和一家德国公司(即时诊断等)。 /p p 　　“我想我们处在一个重大转变期间,” Chen说。“我们预计产品是紧凑型的，自动化的，还可以相互关联，它可以进入学校、餐厅、工厂、医院、救护车、机场、甚至战场。” /p p 　　Chen关注的下一个目标市场是智能家居，在这个领域纳米光子传感器不仅可以用来检测食物，还可以扫描空气和水中的污染物。经过Los Alamos国家实验室和纽约大学西奈山医院的培训, Chen开始作为一个生物化学家致力于生物医学设备的研究工作。他加入Berkeley之后，学习了量子点有关知识(一种具有独特属性的纳米晶体)，并开始探索它们在生物学中的应用。这些导致了他对纳米材料的进一步调查和研究。 /p p 　　最终，Chen和他的团队开发了约20项专利，包括混合生物纳米材料。导致Optokey成立的最关键的发现就是纳米等离子体谐振器,它极大地改善了拉曼光谱信号及可靠性。这项技术最初在实验室中用于前列腺癌生物标志物的快速、准确地检测,此项检测使用传统的方法具有较高的假阳性。 /p p 　　Optokey是一家私人公司，约10人。除了Chen,另一个联合创始人Richard Mathies,(加州大学伯克利分校的化学教授、世界知名的拉曼光谱专家)。公司成立于2010年, 2013年正式运营。 /p