仿生傳感器：納米技術成為最熱選擇

歷經(jīng)幾十億年的進化，生物界與自然的融合趨于完美。而模仿生物的特殊結構和功能，一直是人類技術思想、發(fā)明創(chuàng)造的源泉。作為仿生科技的重要一員，仿生傳感器是基于生物學原理設計的可以感受規(guī)定待測物并按照一定規(guī)律轉換及輸出可用信號的器件或裝置，它是一種采用新的檢測原理的新型傳感器，由敏感元件和轉換元件組成，另外輔之以信號調(diào)整電路或電源等。

敏感機制的仿生

?? ? ? ?仿生傳感器的設計理念主要涵蓋兩大方面：一是敏感機制的仿生，包括敏感材料與敏感原理的仿生設計；二是傳感器功能的仿生。仿生敏感材料（也被稱為仿生智能材料）與仿生原理是發(fā)展仿生傳感器的基石與核心，直接決定了仿生傳感器技術的應用價值，該領域研究極為活躍。

?? ? ? ?中科院院士、中科院化學所研究員江雷等通過改變碳納米管陣列的形貌以及對碳納米管進行修飾，可以實現(xiàn)對其親水性能的調(diào)控，甚至達到如荷葉般的超疏水性。另外，他們基于仿生學原理，以高分子聚合物為溫度敏感材料，通過熱誘導結合表面化學修飾，實現(xiàn)了超雙親/超雙疏功能的可逆開關。2010年，他們又在《自然》（Nature）雜志上報道了基于蜘蛛絲的內(nèi)部結構及吸濕原理，設計出具有納米孔結構的纖維，甚至實現(xiàn)了對濕氣中水滴的直接采集。

?? ? ? ?中科院合肥智能機械所的研究人員基于珊瑚的結構特點，通過分子化學組裝方法，設計納米顆粒組裝的仿珊瑚結構半導體材料，其氣體敏感性能、光電轉換性能等與傳統(tǒng)塊體材料甚至常規(guī)結構納米材料相比均獲得大幅提高，可廣泛應用于化學/生物傳感器、染料敏化太陽能電池等諸多領域；基于人工抗體原理的分子印記仿生傳感器，在爆炸物、環(huán)境污染物的檢測方面也極具價值；通過對壁虎腳中吸盤微結構的分析，采用半導體微納加工技術，制作了仿壁虎腳功能的傳感器，結合相應驅動裝置，可以在各種復雜表面上自由攀爬。

?? ? ? ?另外，中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所、清華大學、北京大學、哈爾濱工業(yè)大學等單位也開展了大量卓有成效的工作，取得的一批成果走在了國際前沿。

傳感器功能的仿生

?? ? ? ?另一方面，模仿生物的功能，研制具有與其功能相似的傳感器為人類所用，也是極具吸引力的領域。

?? ? ? ?基于人手皮膚的觸覺感應以及肌肉的伸縮原理，意大利與瑞典科學家聯(lián)合研制了基于傳感器陣列的仿生感應系統(tǒng)和由反饋信號控制的機械聯(lián)動裝置，可以模擬人手實現(xiàn)對各種復雜形貌物體的抓與放，并進行搬動。

?? ? ? ?合肥智能機械所則采用氣體傳感器陣列，開發(fā)了可任意組合、結構形狀不限的電子鼻探測器，可以實現(xiàn)易制毒化學品的現(xiàn)場快速檢測，能檢出并判定12種易制毒化學品，檢測時間小于兩分鐘，特別適用于車站、邊檢口岸等場所的安檢。