检测气味的气体传感器

检测气味的气体传感器

2020/09/30

检测气味的气体传感器 从疾病筛查到检测生活空间的气味 扩大应用的可能性

人类的呼吸和室内空气中含有多种气体成分，会产生各种异味。产业技术研究院陶瓷气体传感器可以快速准确地检测出引起气味的化学物质，检测口臭，检测消化不良、肺癌等疾病正在进行中。此外，该传感器的能力还可用于分析居住空间中的气味、保持舒适度以及检测腐烂气味。在食品新鲜度控制中的应用未来预计会有广泛的发展，包括4237_4261|

仅通过呼吸即可感知您的健康状况

您是否曾在牙科诊所或类似场所使用过测量口臭的设备？当将呼吸吹入设备时，会检测到导致口臭的微量气体成分，并显示测量值。由于其通过数值变化简单、清晰地检测牙周病等疾病，在投入实际应用的几年内已在许多牙科诊所使用。随着该设备的开发，Shin Woo-seok 和他在极端功能材料研究部门的同事开始了全面的医学工程合作。

呼出的气体含有氮气、氧气、二氧化碳和水蒸气，以及微量的易燃气体。其中，气体传感器检测引起口臭的挥发性硫化合物。

　气体泄漏报警器和氢气泄漏探测器被广泛称为气体传感器，但口臭探测器也是其中之一。

　然而，“气体泄漏报警器只需要检测大约 1% 的气体成分，而口臭传感器只能检测 00001% (1 ppm) 至 00000001% (1 ppb)，因此需要极高的灵敏度，”Shin 说。

　此外，呼出气中的微量成分与人体新陈代谢和疾病有关。例如，当肠道内的厌氧菌因消化不良而过度生长时，呼出的氢气就会增加。人类体内不会产生氢气，因此如果释放氢气，很明显是由肠道细菌引起的。如果您有可以检测氢气的气体传感器，那么只需呼吸即可检测肠道疾病。

　2015年，Shin开发了一种设备，只需30秒即可测量呼出气体中的氢气浓度。我们与医疗机构合作，对一天中呼出气中的氢气含量有多少波动、是否因生活方式或饮食而存在差异、个体差异有多大等多项项目进行了调查。该装置用于爱知县的人口调查，并通过与生活习惯等因素进行比较进行分析。结果发现，呼出气中氢气的含量与饮酒习惯和喝牛奶习惯有关。

　我们相信，如果该检测设备在医院和护理机构中使用，它将成为根据人们所吃食物的类型来判断是否患有消化不良的指标，并且可以通过提供适合每个人体质的膳食来更好地管理他们的身体状况。''

适用于肺癌早期发现

　之后，申致力于开发一种用于检测肺癌的气体传感器。

　你听说过狗可以检测出癌症患者吗？癌症患者的呼出气、尿液、汗液等含有独特的成分，狗可以嗅出这些成分。然后，我们认为通过传感器检测呼出气中的这些成分，我们可以早期发现癌症。''

　癌症有很多种，但我们重点检测的是肺癌，这种癌症早期发现困难，死亡率很高。因此，他们请求爱知县癌症中心的配合，收集了总共180名肺癌患者和健康人的呼出气，并开始鉴定目标气体。然而，气味模式复杂，每种气体成分极稀，小于1 ppb。找出哪种气体组合会产生肺癌特有的气味并不容易。克服这一障碍，Shin与同一研究部门的Toshio Ito以及一组合作研究人员一起，利用人工智能技术进行数据分析，识别气味模式，并成功开发了浓度测量装置。

　　现场医生仅凭气体浓度无法做出判断。因此，我们决定根据气味模式以数字方式显示肺癌的概率。如果概率高于一定水平，我们建议您进行详细检查，我们设想它可以用作疾病筛查。”

　利用测量呼出气的简单方法来早期检测肺癌风险具有重要意义。未来，我们的目标是提高这种分析的准确性，并开发将更积极地用于医疗环境的设备。

3 分钟内识别您生活空间中的气味

　为了实现高度准确的癌症早期检测，需要能够可靠地检测低浓度挥发性有机化合物的技术。作为这项研究的一部分，Shin 和 Ito 目前专注于检测生活空间气味的技术。我们的日常生活中存在着各种各样的气味，比如人的气味、宠物的气味、水果的气味、木地板的气味、油的气味等。就像我们到目前为止所解释的呼出的气息一样，空间的气味包含多种复杂的成分。此外，空间内的气味并不总是相同的。让机器识别复杂且变化的气味可能并不容易，但它已经接近成为现实。

　下图所示的设备包含八个由 AIST 原型设计的陶瓷传感器，每个传感器检测不同的气体。

　“通过使用具有不同原理和特性的多个传感器，可以检测到多种信号，并且更容易从趋势中了解目标的特征，”伊藤解释道。

　让人工智能提前了解该设备可以检测到的气体组合会产生什么气味。它存储传感器检测值的模式，例如（传感器A的某个检测值）+（传感器B的某个检测值）+=（苹果气味）。显示时，测量值会转换为被测量物体的名称，从而直观地显示气味是什么，以便任何人都可以理解。

　设备内安装的传感器反应分析速度快，吸入室内空气后约3分钟即可识别气味。除非传感器本身具有高性能，否则无法单独检测微量的每种成分，并且无法准确判断这些成分的混合物的气味。

目前，伊藤正致力于缩小该设备的尺寸，并将其构建成一个多传感器系统，可以识别汽车、火车和生活空间中的气味。如果能够确定封闭空间中的人们哪些气味是好的、哪些气味是令人不愉快的，那么就可以对空间进行除臭并创造一个舒适的空间。

这样，气味检测技术有助于维护人们的健康、早期发现疾病、提高生活空间的舒适度。此外，未来的潜在应用包括通过检测异常气味来检测机器故障，以及通过检测腐烂气味来控制食物的新鲜度。 AIST专门用于气味检测的高性能气体传感器预计将有广泛的应用。