综述：嗅觉生物传感器在智慧农业中的应用

这篇综述系统阐述了嗅觉生物传感器（Olfactory Biosensors）的技术原理、制备工艺及在智慧农业中的创新应用，重点分析了其高灵敏度、强选择性和稳定性的优势，尤其在作物病害早期检测、土壤健康监测及农产品品质评估中的潜力。文章同时探讨了当前技术瓶颈与未来发展趋势，为农业智能化与绿色转型提供了重要参考。

　　

嗅觉生物传感器：智慧农业的“电子鼻”革命

嗅觉生物传感器通过模拟生物嗅觉系统，利用（Olfactory Receptor, OR）等生物活性材料作为敏感元件，结合物理化学信号转换技术，实现对（Volatile Organic Compounds, VOCs）的高效检测。其核心优势在于突破传统传感器在复杂环境中选择性不足的局限，例如对作物释放的特定VOCs（如植物应激信号分子）可达到<1 ppb的检测限，远超气相色谱（GC）等传统方法。

在农业场景中，该技术已应用于多重领域：

1. 作物病害预警：通过识别病原菌侵染植物后释放的特异性VOCs（如镰刀菌产生的2-戊酮），实现小麦赤霉病的早期诊断，准确率超90%（Adetunji et al., 2021）。
2. 土壤健康监测：检测土壤微生物代谢产生的VOCs变化，评估土壤肥力与污染程度，例如氨挥发量与过量施肥的关联性分析（Full et al., 2021）。
3. 农产品品质评估：基于果实成熟过程中乙烯等VOCs的动态变化，建立非破坏性检测模型，替代人工分级（Chen et al., 2022）。

技术挑战方面，当前面临三大瓶颈：

• 信号交叉干扰：混合气体环境下传感器易产生误判，需通过机器学习算法优化特征提取（Lima et al., 2020）；
• 长期稳定性不足：生物敏感层在田间环境中的降解速率影响检测一致性（Ma et al., 2025）；
• 规模化生产成本高：纳米材料修饰工艺复杂，制约商业化推广（Gao et al., 2020）。

未来发展方向聚焦于：

• 多模态融合：整合光学（SPR）、电化学（EC）等多信号检测模块，提升抗干扰能力（Gao et al., 2020）；
• 仿生结构设计：模仿昆虫触角微纳结构增强气体捕获效率（Sankaran et al., 2012）；
• 低成本制造：开发喷墨打印等柔性电子工艺，适配农业物联网节点部署（Parr et al., 2021）。

从经济性看，尽管单传感器成本约50?200，但其在减少农药滥用（预计节约30%成本）和增产方面的综合收益显著（Murali - Baskaran et al., 2022）。随着（Smart Agriculture）政策推进，预计到2030年全球市场规模将突破$20亿。

该技术的成熟将推动农业生产向“精准化”“低碳化”跃迁，成为解决粮食安全与生态保护矛盾的关键抓手。