基于喷墨打印技术的可穿戴电子鼻，采用液相配体交换量子点实现以人为中心的气体/气味监测

《ACS Sensors》：Inkjet-Printed Wearable E-nose with Liquid-Phase Ligand-Exchanged Quantum Dots for Human-Centered Gas/Odor Monitoring

本研究提出一种智能腕表式电子鼻系统，通过优化胶体量子点墨水和精密喷墨打印技术制备金属离子包裹量子点传感器阵列，并集成至物联网可穿戴平台，实现了百万分比级检测精度和可靠的TVOC、NO2、SO2、CO监测，为人工智能嗅觉提供可行制造框架。

　　

为了实现实时环境监测，下一代可穿戴电子鼻（e-nose）系统的开发需要具备高灵敏度和低功耗特性的微型气体传感器阵列。目前，传统传感材料沉积方法与MEMS微加热器架构之间的不兼容性问题仍然存在。在这里，我们展示了一种智能手表形态的e-nose系统，该系统集成了使用优化后的胶体量子点（CQD）墨水配方和精密喷墨打印技术制备的可打印量子点（QD）传感器阵列。通过液相配体交换与过渡金属氯化物（FeCl₃、CoCl₂、NiCl₂、CuCl₂）反应，我们制备了被金属阳离子包裹的量子点（MCSQDs），从而实现了定制的表面功能并提升了气体识别能力。这种工程化的MCSQD墨水表现出优异的胶体稳定性，并实现了与MEMS微加热器的无缝集成，使得气体传感器的检测限可达到十亿分之一级别（例如乙醇的检测限为4 ppb）。一个由16个传感器单元组成的阵列被嵌入到一个可穿戴平台中，该平台还集成了基于云的神经网络处理功能。系统验证结果显示，在室内气味识别测试中，使用全连接神经网络（FCNN）的识别准确率达到了100%；而在交通枢纽进行的现场测试中，该系统能够可靠地监测总挥发性有机化合物（TVOC）、NO₂、SO₂和CO等气体，其测量结果与参考传感器的偏差小于15%。这项工作建立了一个可行的制造框架，将量子限制材料工程技术与物联网支持的人工嗅觉系统相结合，为基于量子点气体传感器阵列的可穿戴电子鼻的大规模生产铺平了道路。