《聞香識女人》(Scent of a Woman)的男主告訴你,僅憑一個好鼻子,嗅出女伴的香水味,就能判斷出對方的身高發色甚至眼睛……撩妹到飛起。
當然,除了這種高端操作,嗅覺的其他作用也早已滲透到人們生活的各個方面,其中最常用到的一項,就是判定食物的好壞了。
探測腐肉,你的鼻子落伍了
比如,肉的腐爛變質,大多是微生物滋生造成的。這些微生物會一邊“大快朵頤”,一邊“大放臭屁”,分解肉中的蛋白質,釋放出氨氣、腐氨、尸氨等氣體分子——光看名字,就能感受到它們的“深深的惡意”了。
打開冰箱,一旦嗅到這些不友好的氣息,警覺的大腦就會告訴你必須拋棄那塊“珍藏已久”的肉了。
但是,在腐敗剛剛開始發生時,這些氣味可能并沒有那么明顯,很多人甚至察覺不到。吃下這樣的肉類,仍會對人們的健康造成不良影響。那么,我們怎樣才能知道冰箱里的那塊肉何時腐壞呢?
為了解決這個問題,來自中國和美國的科學家們,做了這樣一個有意思的嘗試——利用納米傳感器,實時監測“腐敗氣體”的濃度,這樣就能知道肉在何時“大限將至”了。
他們發現一種名叫“對甲苯磺酸鐵六水合物”的試劑,對這些“臭氣”十分敏感。于是,就將這種試劑摻雜進聚苯胺編制成的納米網絡中——聚苯胺是一種很神奇的高分子材料,不僅化學性質穩定,關鍵是還能導電,所以廣泛用在電池和傳感器中。
把這種納米級的“探臭”材料和設計好的微型電路拼裝起來,就做成了“腐肉”納米傳感器。使用時,將傳感器和肉放在一起,傳感器一旦探測到空氣中的“臭氣”分子,就會產生一個電信號,電信號被特定的芯片接受處理,再通過電波發送至手機。
這樣,要是肉壞了,手機就能提醒你,“扔了吧,不能吃了”。
目前,這種納米傳感器的檢測精度可以達到5ppm,也就是說,100萬份空氣分子中有5份臭氣分子,它就能探測出來。人類的嗅覺和它相比,那簡直就是“弱爆了”。
緝毒防爆,誰更勝一籌?
當然,你可能會說,對鑒別腐肉這種小事兒自己還是有自信的,根本不需要高科技出馬,但對于那些超出人類嗅覺范圍的危險物品——比如毒品和炸彈,可能再自信也無能為力了,這時候就輪到我們的得力助手——汪星人沖鋒陷陣了。
狗狗大約有3億個嗅覺細胞,是人類的60倍。經過訓練的警犬們,對于特定氣味的辨別能力更強。在超強嗅覺的加持下,警犬們為保護人類的安全立下了“汗狗功勞”。
比如,在2017年非洲尼日利亞的一場大型婚禮上,一只警犬就撲倒了一名懷揣炸藥恐怖分子,隨后炸藥引爆,警犬與恐怖分子同歸于盡,但在場的數百名來賓卻保住了生命?[2]。
然而,狗狗再英勇,也有自身的極限。比如一座機場,只會安排數量有限的幾只警犬,就算給它們加班加點加雞腿,也不能聞遍所有的行李。而且,即便是警犬,偶爾也會有“小情緒”和“掉鏈子”。
比如去年,美國中情局就開除了一只名叫Lulu的嗅探犬,因為這狗“對找炸彈欠缺興趣”[3]。再比如,網上曾經有個段子,講到有個人過海關時,警犬對他狂吠,周圍安檢人員立刻警戒,就差把人當場按倒了。后來開箱檢查,發現里面裝著兩包牛肉干……
于是,來自于以色列的一家初創企業,另辟蹊徑,做了一款可以在機場使用的快速安檢設備,原理就是通過納米傳感器來探測“炸藥、毒品和大量現金”。
公司的首席科學家——馬坦?巴拉米(Matan Barami),是一位納米科學家。他對自己的產品信心十足, “和犬相比,我們出錯的次數少很多”[4]。
與腐肉相似,炸藥也會“時刻散發獨特的小分子”。我們姑且把這些叫做“氣味分子”吧。巴拉米就是尋找到了探測炸藥“氣味分子”的方法。
最著名的TNT炸藥,它的“氣味分子”就是一些含有硝酸根的分子。巴拉米發現“3-氨基丙基三乙氧基硅烷”這種材料,對TNT的“氣味分子”十分敏感。
隨著研究的深入,他們發現除了TNT,每種常見的炸藥都可以被某種特定的材料探測到。比如,用“4-氨基-3,3-二甲基丁基三乙氧基硅烷”來探測RDX,用“N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷”來探測HMX。其中,RDX是著名的“C4炸藥”的主成分;而HMX,常被用來作為核武器的起爆炸藥。
一種炸藥對應一種探測材料,就好像對聯中的“天對地,雨對風,大陸對長空”一樣工整。將這一眾探測材料都集中到納米傳感器中,來個“大合體”,就可以實現一件裝置測出多種爆炸物的功能。
以色列國防部對這項技術大感興趣。畢竟,位于他們首都的本·古里安機場,是世界上最受恐怖分子“歡迎”的機場。
當然,不只是炸藥,各種毒品也有自己特定的“氣味”,只要找到合適的探測材料就行。
除了炸藥和毒品,據說這家公司的納米傳感器還能檢測出大量現金的存在,它能夠感受到傳說中的“金錢散發的氣息”。
疾病診斷,“納米鼻”大顯神技
除了安檢的本領,納米傳感器在疾病診斷方面也是潛力巨大。
在以色列的另一家機構——以色列理工學院,納米科學家Hossam Haick在開發一項名為“納米鼻”(NA-NOSE)技術,他的目標就是幫人檢測疾病。這項技術只需要患者吹口氣,就可以對潛在的疾病進行判斷。
原來,很多疾病除了會給我們帶來身體的不適,還會揮發出特定的有機化合物。Haick教授的研究核心,就是讓納米傳感器捕捉到這些“疾病的氣味”。
最近,Haick教授在一篇論文中將納米傳感器和人工智能相結合,讓這兩項人類的頂尖科技相互加持,大幅提升了疾病檢測的效率和準確性。潛在的患者只需要吹一口氣,機器就能同時對17種疾病進行識別——包括帕金森癥、過敏性腸炎、2種胃病、2種血液病、3種罕見病以及8種癌癥。
目前,研究人員正努力把這項技術的價格降低,并嘗試將檢測設備向微型化發展。說不定若干年后,你不必再去醫院排隊,而是對著手機吹口氣,就能做一次全面的體檢了。
總之,從聞腐肉到過安檢,抑或近乎“神跡”的疾病檢測,納米傳感器都在悄然改善著我們的生活。
也有人覺得“納米技術”有很多還僅僅是論文,未經過“發酵”。實際上,拂去表面的一層“泡沫”,你會發現,也有很多學者,正在安心地釀著“啤酒”。?
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