[科普中国]-拥有超强嗅觉，是怎样一种体验？

作者：圆的方块

编辑：小柒

《闻香识女人》（Scent of a Woman）的男主告诉你，仅凭一个好鼻子，嗅出女伴的香水味，就能判断出对方的身高发色甚至眼睛……撩妹到飞起。

（《闻香识女人》剧照）

当然，除了这种高端操作，嗅觉的其他作用也早已渗透到人们生活的各个方面，其中最常用到的一项，就是判定食物的好坏了。

探测腐肉，你的鼻子落伍了 比如，肉的腐烂变质，大多是微生物滋生造成的。这些微生物会一边“大快朵颐”，一边“大放臭屁”，分解肉中的蛋白质，释放出氨气、腐胺、尸胺等气体分子——光看名字，就能感受到它们的“深深的恶意”了。

（图片来源：sina.com.cn）

打开冰箱，一旦嗅到这些不友好的气息，警觉的大脑就会告诉你必须抛弃那块“珍藏已久”的肉了。

但是，在腐败刚刚开始发生时，这些气味可能并没有那么明显，很多人甚至察觉不到。吃下这样的肉类，仍会对人们的健康造成不良影响。那么，我们怎样才能知道冰箱里的那块肉何时腐坏呢？

为了解决这个问题，来自中国和美国的科学家们，做了这样一个有意思的尝试—— 利用纳米传感器，实时监测“腐败气体”的浓度，这样就能知道肉在何时“大限将至”了。

他们发现一种名叫 “对甲苯磺酸铁六水合物” 的试剂，对这些“臭气”十分敏感。于是，就将这种试剂掺杂进聚苯胺编制成的纳米网络中——聚苯胺是一种很神奇的高分子材料，不仅化学性质稳定，关键是还能导电，所以广泛用在电池和传感器中。

把这种纳米级的“探臭”材料和设计好的微型电路拼装起来，就做成了 “腐肉”纳米传感器。 使用时，将传感器和肉放在一起，传感器一旦探测到空气中的“臭气”分子，就会产生一个电信号，电信号被特定的芯片接受处理，再通过电波发送至手机。

这样，要是肉坏了， 手机 就能提醒你，“扔了吧，不能吃了”。

（纳米传感器捕捉肉变质的分子，并将消息传给手机。图片来源：参考文献[1]）

目前，这种纳米传感器的检测精度可以达到5ppm，也就是说，100万份空气分子中有5份臭气分子，它就能探测出来。人类的嗅觉和它相比，那简直就是“弱爆了”。

缉毒防爆，谁更胜一筹？

当然，你可能会说，对鉴别腐肉这种小事儿自己还是有自信的，根本不需要高科技出马，但对于那些超出人类嗅觉范围的危险物品——比如毒品和炸弹，可能再自信也无能为力了，这时候就轮到我们的得力助手——汪星人冲锋陷阵了。

狗狗大约有3亿个嗅觉细胞，是人类的60倍。经过训练的警犬们，对于特定气味的辨别能力更强。在超强嗅觉的加持下，警犬们为保护人类的安全立下了“汗狗功劳”。

比如，在2017年非洲尼日利亚的一场大型婚礼上，一只警犬就扑倒了一名怀揣炸药恐怖分子，随后炸药引爆，警犬与恐怖分子同归于尽，但在场的数百名来宾却保住了生命 [2] 。

然而，狗狗再英勇，也有自身的极限。比如一座机场，只会安排数量有限的几只警犬，就算给它们加班加点加鸡腿，也不能闻遍所有的行李。而且，即便是警犬，偶尔也会有“小情绪”和“掉链子”。

比如去年，美国中情局就开除了一只名叫Lulu的嗅探犬，因为这狗“对找炸弹欠缺兴趣” [3] 。再比如，网上曾经有个段子，讲到有个人过海关时，警犬对他狂吠，周围安检人员立刻警戒，就差把人当场按倒了。后来开箱检查，发现里面装着两包牛肉干……

于是，来自于以色列的一家初创企业，另辟蹊径，做了一款可以在机场使用的快速安检设备，原理就是 通过纳米传感器来探测“炸药、毒品和大量现金”。

公司的首席科学家——马坦•巴拉米（Matan Barami），是一位纳米科学家。他对自己的产品信心十足， “和犬相比，我们出错的次数少很多” [4] 。

与腐肉相似，炸药也会“时刻散发独特的小分子”。我们姑且把这些叫做“气味分子”吧。巴拉米就是寻找到了探测炸药“气味分子”的方法。

最著名的TNT炸药，它的“气味分子”就是一些含有硝酸根的分子。 巴拉米发现“3-氨基丙基三乙氧基硅烷”这种材料，对TNT的“气味分子”十分敏感。

随着研究的深入，他们发现除了TNT，每种常见的炸药都可以被某种特定的材料探测到。比如，用“4-氨基-3,3-二甲基丁基三乙氧基硅烷”来探测RDX，用“N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷”来探测HMX。其中，RDX是著名的“C4炸药”的主成分；而HMX，常被用来作为核武器的起爆炸药。

一种炸药对应一种探测材料，就好像对联中的“天对地，雨对风，大陆对长空”一样工整。将这一众探测材料都集中到纳米传感器中，来个“大合体”，就可以实现一件装置测出多种爆炸物的功能。

（一个传感器可分辨出8种爆炸物。图片来源：参考文献[5]）

以色列国防部对这项技术大感兴趣。毕竟，位于他们首都的本·古里安机场，是世界上最受恐怖分子“欢迎”的机场。

当然，不只是炸药，各种毒品也有自己特定的“气味”，只要找到合适的探测材料就行。

除了炸药和毒品，据说这家公司的纳米传感器还能检测出大量现金的存在，它能够感受到传说中的“金钱散发的气息”。

疾病诊断，“纳米鼻”大显神技 除了安检的本领，纳米传感器在疾病诊断方面也是潜力巨大。

在以色列的另一家机构——以色列理工学院，纳米科学家Hossam Haick在开发一项名为 “纳米鼻” （NA-NOSE）技术，他的目标就是帮人检测疾病。这项技术只需要患者吹口气，就可以对潜在的疾病进行判断。

原来，很多疾病除了会给我们带来身体的不适，还会挥发出特定的有机化合物。Haick教授的研究核心，就是让纳米传感器捕捉到这些“疾病的气味”。

最近，Haick教授在一篇论文中将纳米传感器和人工智能相结合，让这两项人类的顶尖科技相互加持，大幅提升了疾病检测的效率和准确性。 潜在的患者只需要吹一口气，机器就能同时对17种疾病进行识别——包括帕金森症、过敏性肠炎、2种胃病、2种血液病、3种罕见病以及8种癌症。

目前，研究人员正努力把这项技术的价格降低，并尝试将检测设备向微型化发展。说不定若干年后，你不必再去医院排队，而是对着手机吹口气，就能做一次全面的体检了。

（将纳米传感器与人工智能相结合，通过吹一口气，可同时判断多种疾病。图片来源：参考文献[6]）

总之，从闻腐肉到过安检，抑或近乎“神迹”的疾病检测，纳米传感器都在悄然改善着我们的生活。

也有人觉得“纳米技术”有很多还仅仅是论文，未经过“发酵”。实际上，拂去表面的一层“泡沫”，你会发现，也有很多学者，正在安心地酿着“啤酒”。

来自作者的题外话 两年前，我正好有缘认识这位在做“纳米鼻”研究的Haick教授——当时有幸到以色列理工去交流学习，课程就是他的“纳米传感器导论”。

还记得那个炎炎夏日，中东地区午后的炙热，让我几乎忘记了当时授课的内容。但印象深刻的是Haick教授十分了得的画工，以及那些用彩笔画在白板上可爱的示意图们。

这些伟大的科学家们，可能都藏着一颗童心吧！

“童心满满”的Haick教授，内心一定住着一位画家，图片来源：圆的方块

作者名片

排版：小爽

题图来源： 《闻香识女人》剧照

参考文献：

[1]Nano Lett., 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b01825.

[2]http://www.sohu.com/a/133794501_633630

[3]https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1833119

[4] 'Israeli-developed nano-nose can sniff out bombs, drugs', The Times of Israel, 22 Feb 2016.

[5]Nature Comm. 2014, DOI: 10.1038/ncomms5195.

[6]ACS Nano 2017, DOI: 10.1021/acsnano.6b04930