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传感器让物体悄悄“活”了起来

2023-08-29 14:19:15来源：科普时报

视觉中国供图

近日，国际著名学术期刊《自然》报道了一项可穿戴式传感器的最新科研成果。这种可穿戴传感器在关闭时是半透明的，打开后可看到入射的红外光，可让佩戴者发现人眼看不见的红外光。这项技术可帮助医生观察手术中的病变组织。

那么，什么是传感器呢？简单来说，传感器是一种监测环境中的事物及其变化的设备，并将监测到的信息发送给其他电子设备，比如计算机，来进行下一步的处理。为了便于理解，我们以身体的五官与大脑进行类比说明。眼睛可以看见五彩缤纷的世界，耳朵可以听见美妙的音乐，鼻子可以嗅到花香，嘴巴可以品尝到可口的食物。眼睛、耳朵、鼻子等五官将收集到的信息传递给大脑，因此，我们才能体会到生活的美好。在这里，我们的眼睛、耳朵相当于传感器，大脑相当于计算机处理器。

(资料图)

传感器广泛用于日常生活中，比如，可以通过触摸不同的时间来调节亮度的台灯、楼道中的声控灯，对温度、压力或流量进行测量的各类设备等。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉、嗅觉等感官，因此物体慢慢变得活了起来。

化学传感器是一类专门用于监测、感知化学物质的特殊传感器，通常用于监测气体或液体中的特定化学成分，并将该化学信号转换为电流或电压信号。也就是说，化学传感器可以对化学物质的各种特性，如浓度、成分等进行监测，并转变为电信号。

在生活中，由于嗅觉的局限性，人们不能识别一氧化碳而不知不觉中毒。化学传感器的出现，突破了人类感官的局限，可以通过对一氧化碳敏感的半导体来制备化学传感器，方便快捷地监测室内一氧化碳的含量来防止中毒。

理想的化学传感器要求灵敏度高、选择性好、长期稳定，以及快速响应。化学传感器受外界环境影响，因此，应该最大程度地优化其性能参数与指标。

化学传感器的功能实现包括两个主要步骤，即识别和传导。在识别步骤中，被测物选择性地与传感器识别元件相互作用，导致物理参数发生变化。这种变化通过产生输出信号的传感器来反馈。化学传感器的制备材料有半导体材料、陶瓷材料、温敏材料、发光材料等，广泛应用于科研、化工、各种检测机构等，比如，临床医学、工业流程和环境监测。化学传感器的发展推动了社会的进步，让我们在生活中实实在在地感受到了科学技术的发展。

非侵入性可穿戴化学传感器在个人健康监测和医疗诊断领域获得了极大的关注。与传统的诊断方法相比，这些传感器提供了非侵入性、实时和连续的监测和分析。可穿戴化学传感器的设计包括纹身、服装和配件。成功开发无创可穿戴的化学传感器将有效帮助人们管理个人健康，预防潜在疾病，最终提高人们的生活质量。

随着科学技术的迅猛发展，化学传感器技术逐渐受到更多的关注。现代传感器技术的发展趋势是开发新材料、新工艺和新型传感器，是实现多功能、高精度、集成化、智能化、微小型化，以及无线网络化。在未来，化学传感器将广泛应用于环境保护和监控、疾病预防和治疗，以及提高人们的生活质量。

（第一作者系西北师范大学教授、博士生导师，第二作者系西北师范大学硕士研究生）

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