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纳微传感器技术在包装印刷中的应用(一)

[摘要] 纳微传感器是多种学科互相渗透的高新技术，在包装印刷领域有着重要应用价值。本文分别阐述与包装相关的纳米传感器的概貌、类型、传感原理、构成材料和传感器的结构与应用范围，揭示当今世界最新传感技术及开发研究的趋势。

[关键词] 纳米传感器 类型与特性 传感材料 包装应用

一、纳微传感器概述

1.传感器概念

传感器是一种信息获取与处理的装置。人体的感觉器官就是一套完美的传感系统，通过眼、耳、皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理信息及物理量是物理传感；而通过鼻、舌感知气味和味道这样的化学刺激来对物质成分作传感的器件就是化学传感器，它是一种小型化的、能专一和可逆地对某种化学成分进行应答反应的器件，并能产生与该成分浓度成比例的可测信号。而生物传感器是一类特殊的化学记步器传感器，它是以生物活性单元（如：酶、抗体、核酸、细胞等）作为生物敏感基元，对被目标测物具有高度选择性的检测器。它通过各种物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反应，然后将反应的程度用离散或连续的电信号表达出来，从而得出被测物的浓度。

传感器以可识别的方式，对我们想要测试的事物是否存在做出反应。有测温度、水、光、声、电、特殊分子的，还有测特殊的生物目标如细菌、毒素、炸药或DNA的传感器。但是，用于测试分子组织结构的传感器，也许是最有价值和最重要的。一个汽车要有30多个传感器，卫星火箭、导弹中有多达上千个传感器，工业生产中各种角度、速度、温度、压力、流量、电压、电流等传感器的应用也随着自动化水平的提高而日渐增多。如微波炉中的温度传感器、空调中的温度传感器、煤气火灾报警系统等，这些日益增加的需求，都极大促进了传感器的发展。同时人们也希望传感器不仅运行稳定、测量准确，而且便于携带、操作简便。传感器作为信息技术领域重要的器件已经得到了国内外科技界、产业界的普遍认同和重视。

2.纳米传感器

传感器技术对于环境的监测和控制是十分关键的。传感器这一概念不是什么新东西，在19世纪刚开始，汉弗莱·戴维就研发一种矿灯，它对煤矿中的气体的存在很敏感，但是纳米技术将使得整个新类型的超级敏感的传感器成为可能。我们已制造出来的纳米传感器及它们的一般性能。纳米传感器比你能够想到的要新奇。也许是第一个主要的商业化应用技术。

传感器是一种能够指示特殊的分子或生物组织存在，以及存在量多少的装置。传感器在我们整个社会中已经随实验力增加存在，但是，最好的传感器将由纳米组织结构来制造，而且，初步看来，它将引起医疗和食品包装工业的革命。微传感器作为微机械的三大要素技术之一，微传感器包括敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的传感器，每一类传感器又可以分为好多种。

微型传感器是超微粒的最有前途的应用领域之一。产生与石英晶体同频率的方波脉冲信号一般超微粒（金属）是黑色，具有吸收红外线等特点，而且表面积巨大、表面活性高，对周围环境敏感（温、气氛、光、湿度等），因此早在20世纪80年代，松下电器产业（株）的阿部等人就开发了氧化锡超微粒传感器，接着又开发了光传感器。但纳米超微粒传感器的应用研究溜溜球还处于刚起步阶段，但可望利用纳米超大型微粒制成敏感度高的超小型、低能耗、多功能传感器。

二、自然界纳米传感器

确实纳米科学和纳米技术及纳米尺度的传感器的例证在生物领域是十分普遍的。传感器对于信息交流是非常关键的，而和其他生物体进行信息交流是生命的主要特征之一。信号来自包括分子、声音、气味和触觉等各种不同的方减速机式，它们也能以电磁波方式出现，如热和光。检测这些信号的能力既是所期望的，如在芬芳的香水中，也是必钱包要的，如对化学品硫醇的检测，它是难闻的含硫的物质，被加入输送到家庭中的天然气中。

对于一些动物，特别是像狗，鼻囊中的敏锐的纳米传感器对于它们的生存是很关键的，并且，对它们乃至高达500万以上的品级在帮助人类的某些方式上也是关键的。隐藏在狗的气味敏感的背后的、或在大多数昆虫世界中重要的性引诱剂（现象）背后的基本原理是分子识别。在狗鼻子的感觉组织中的或在昆虫的感受器中的辅助的形状可识别信号分子的形状，以及在它们表面上电荷的特殊分布。

除化学的判断外，生物世界的其他特性也依赖传感器。许多花和叶子被太阳吸引，太阳是它们的能量来源。叶子和花的组织内的特殊分子传感器对太阳的出现做出响应。这些传感器给叶子或花的分子马达组织传出信号使其转向特殊的方向，以便面向太阳并获取更多的能量。动物有耳朵来感受声音，而鱼有侧边线来感受声音和压力变化。所有这些都是感应机制，而且它们对生命很重要的。

(待续)

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