比色法在爆炸物检测中的研究进展

吴昊天，王广发，窦新存*

(1.爆炸物安全科学自治区重点实验室 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室，中国科学院新疆理化技术研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；2.中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049)

爆炸恐怖袭击是恐怖犯罪活动最常见的形式之一，严重威胁着国家及人民的生命财产安全。据全球恐怖袭击数据库(Global Terrorism Database,GTD)统计，仅在2015～2018年间全球就发生了25 000余次爆炸恐怖袭击事件。因此，出于打击恐怖主义，维护人民安全的迫切需要，爆炸物检测技术的发展受到各国政府和科研人员的高度重视[1-4]。

为了遏制爆炸恐怖袭击事件的发生，研究人员开发了多种爆炸物探测技术手段，包括拉曼光谱[5]、离子迁移谱(IMS)[6]、质谱[7]、电化学分析[8]、免疫测定法[9]、荧光传感法[10]等。比色法具有操作简便、检测快速、完全不依赖于笨重的分析设备和电源供应，在检测中不受样品纯度、环境湿度、灰尘干扰等优点，是适用于现场检测的技术手段之一[11-13]。然而，随着社会的发展，检测环境复杂化，检测对象也更多样，传统的比色法在多目标物的分析以及抗干扰性等方面遇到了极大挑战[14]。科研人员长期致力于传统比色法的改进和发展，以期实现复杂环境下爆炸物的快速、准确、灵敏检测。

本文论述了比色法在爆炸物检测领域的研究进展，重点讨论了一种新型人工嗅觉系统——比色人工嗅觉系统及其在爆炸物检测中的应用，并展望了其未来的发展方向和潜在机遇。

1 比色探针检测爆炸物

传统的比色探针多为小分子比色试剂，其通过与分析物间的化学反应，形成或者破坏例如偶氮染料[15]、席夫碱[16]、Lewis酸[17]、莫森海默复合物[18]等的分子结构而产生颜色变化。随着纳米科学和材料化学的发展，比色探针的种类和检测原理得到了极大丰富，出现了基于纳米颗粒表面等离子体共振(SPR)介导的比色探针[19]、基于酶和模拟酶催化反应的比色探针[20]、基于络合物配体-受体结合作用的比色探针[21]等。比色探针一般具有较强的特异性，能实现一对一检测，可以通过观察颜色的变化实现定性分析，并通过颜色变化程度确定待测物含量。目前，比色法已经被广泛应用于爆炸物检测领域。

1.1 比色探针检测制式爆炸物

爆炸物主要分为两类：一类是以三硝基甲苯(TNT)、二硝基甲苯(DNT)、苦味酸(PA)等为代表的制式爆炸物；一类是以硝酸盐、高氯酸盐、尿素等为代表的氧化剂与硫、石油、碳粉等易燃物混合而成的非制式爆炸物。制式爆炸物含有多硝基的分子结构，具有相似的化学性质，可使用相似的方法检测。以TNT为代表的硝基芳烃类爆炸物是制式爆炸物的重要种类之一，因其特殊的缺电子结构，常基于电子供体-受体作用和亲核试剂进攻硝基芳环形成莫森海默复合物实现比色检测。Mao课题组将半胱胺修饰在金纳米颗粒上，由于半胱胺与TNT之间的供体-受体作用导致金纳米颗粒聚集，使得金纳米颗粒的表面等离子体共振(SPR)峰沿较长的波长方向移动，从而产生颜色变化(图1A、B)[22]。He课题组在半胱氨酸修饰的二硫化钼纳米片上，利用3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)与TNT形成的莫森海默复合物能够在过氧化氢存在下削弱甚至阻止TMB被氧化成TMBox(TMB被氧化后的颜色产物)的特性，实现了TNT的比色检测。该方法对其它硝基芳香化合物具有很好的抗干扰性，且检测限达10 nmol/L[23]。

图1 基于半胱胺和TNT间电子D-A相互作用的TNT比色检测机理图(A)，金纳米颗粒检测不同浓度TNT的颜色变化图及不同TNT浓度下Au NPs的紫外/可见吸收光谱图(B)[22]，4-ATP修饰的金纳米颗粒与NED偶联测定RDX或HMX的原理图(C)，未修饰的金纳米颗粒、4-ATP修饰后的金纳米颗粒及体系加入不同浓度RDX水解产物后的光谱图和在试管中的颜色对照图(D)[25]Fig.1 Schematic illustration of the colorimetric visualization of TNT based on the electron D-A interaction between cysteamine and TNT(A),colorimetric visualization of TNT by using Au NPs and UV-Vis spectra of the Au NPs(B)[22],schematic presentation of RDX or HMX determination with 4-ATP modified Au NPs and NED coupling agent in the presence of different concentrations of TNT(C),spectra of underivatized Au NPs,Au NPs modified with 4-ATP,and end products,obtained from RDX hydrolysis at room temperature in the different concentration and the color images of their test tubes(D)[25]

不同于缺电子性质的硝基芳烃类爆炸物，三次甲基三硝基胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)、季戊四醇四硝酸酯(PETN)等硝胺或硝酸酯类含能军用炸药具有富电子性，这类爆炸物常需水解为亚硝酸盐或硝酸盐后再进行比色检测。Apak课题组利用Zn+HCl可以将RDX还原出硝酸根的特性，进一步以经典的Berthelot反应间接地实现了对RDX的比色检测[24]。此后，该课题组还利用亚硝酸盐能诱导对氨基苯硫酚(4-ATP)与萘基乙二胺(NED)形成偶氮染料的反应开发了基于金纳米颗粒的检测平台，分别实现了对RDX、HMX[25]和PETN[26]的比色检测(图1C、 D)。

1.2 比色探针检测非制式爆炸物

相比于制式爆炸物，非制式爆炸物具有成分复杂、挥发性极低等特点，对其探测是一个世界难题。19世纪时，研究人员就尝试开发用于非制式爆炸物组分定性分析的比色试剂，例如检测硝酸盐的Griess试剂[27]，检测铵盐的Nessler试剂[28]和Berthelot比色反应[29]。Mirkin课题组发展了基于Griess试剂的检测方法，他们将Griess反应的主要成分(对氨基苯磺酸和1-萘胺)分别修饰在金纳米颗粒上，对氨基苯磺酸和1-萘胺与亚硝酸盐发生偶联反应会改变金纳米颗粒间的距离，从而引起颜色变化，实现亚硝酸盐的比色检测(图2A、B)[30]。该方法不仅将裸眼比色识别硝酸盐和亚硝酸盐的检测限降至21.7 μmol/L，而且还可以通过改变反应时间在22～30 μmol/L之间自由调节裸眼检测限。Gozin课题组则选用Mo-Cu催化体系，利用硝酸盐将硫醚氧化为亚砜结构而改变发色团颜色的特性，实现了对硝酸盐的比色检测[31]。由于次氯酸盐容易氧化Berthelot试剂中的水杨酸盐，从而导致试剂失效，因此使用时需现用现配，极大地限制了Berthelot试剂的应用。Kim课题组通过将靛酚蓝试剂修饰在滤纸上成功制备出可以稳定保存的比色试纸，并且通过抽气的方式成功实现了铵根溶液的高灵敏比色检测，极大地提高了Berthelot方法的实用性[32]。Kim课题组利用次氯酸盐可以氧化解离二氰基亚甲基-3-氰基-2,5-二氢呋喃(DCDHF)结合硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)的染料，实现了次氯酸盐的高灵敏比色检测[33]。Roberts课题组基于对二甲氨基苯甲醛或4-二甲基氨基肉桂醛与硝酸脲发生特异性反应变色的特性，实现了硝酸脲的比色检测(图2C)[34]。Apak团队将亚甲基蓝(MB)附着在带负电荷的金纳米颗粒上，由于MB@AuNPs与高氯酸铵形成离子对使纳米颗粒聚集，导致Au NPs表面等离子体共振带红移，实现了高氯酸盐的比色检测，检测限达2.4×10-5mol/L[35]。

此外，对于三过氧化三丙酮(TATP)、六亚甲基三过氧化二胺(HMTD)这类过氧化物类爆炸物的比色检测，常将其酸解或光解为过氧化氢后，基于过氧化物酶的酶催化反应，以能产生颜色变化的还原性基质为底物，将还原性底物氧化从而产生颜色变化。这类还原性底物包括邻苯二胺(OPD)、二氨基联苯胺(DAB)、TMB等。Bagheri等利用纳米酶Ag@ZnMOF的良好催化活性，有效提高了过氧化氢与TMB的亲和力，实现了TATP的比色检测(图2D)，最适pH值条件下的检测限为0.06 mg·L-1[36]。

图2 功能化的金纳米颗粒比色检测亚硝酸盐的机理(A)及裸眼比色检测不同浓度亚硝酸盐的对比图(B)[30]，对二甲胺基苯甲醛和4-二甲基氨基肉桂醛比色检测硝酸脲的反应机理及反应前后颜色变化图(C)[34]，模拟酶Ag@ZnMOF比色检测TATP的示意图(D)[36]Fig.2 Colorimetric detection of nitrite with functionalized Au NPs based on Griess reaction(A),photograph of colorimetric and visual detection of various concentrations of nitrite(B)[30],the reaction mechanism of p-dimethylaminobenzaldehyde or p-dimethylaminocinnamaldehyde with urea nitrate and the photograph images of corresponding reactions(C)[34],schematic illustration of colorimetric and visual determination of TATP by mimetic activity of Ag@ZnMOF(D)[36]

尽管比色探针制备简单、检测速度快，灵敏度和选择性也很高，在爆炸物检测领域展示了巨大潜力，但也有必要在以下方面进一步研究，以推动比色检测法的发展。(1)将比色检测法与传感器相结合能制备出便于实际应用的比色传感器，因而，要重点考虑选择经济简便且与比色探针结合力强的传感器基底。随着科学技术的发展，许多新型材料例如水凝胶、光致变色材料、纳米材料等有望取代纸基或普通塑料膜，用于提高比色传感器的灵敏度和稳定性。(2)传统的比色探针往往只能实现一对一的特异性检测，若能将单色传感的比色探针发展成多色传感的比色探针，通过构建多识别位点的比色探针分子，使其对不同分析物有不同的紫外/可见吸收光波长变化，有利于扩展单一比色探针的检测范围。(3)比色探针检测需要信号放大的策略以提高灵敏度和降低检测限。例如对于已经广泛应用于TNT检测的金属纳米颗粒比色探针，考虑开发基于生长/刻蚀的新型纳米结构尺寸控制和形状控制的方法将是一个具有潜力的方向。(4)不同人对颜色的识别能力具有一定的差异性，且周围环境的颜色也会产生干扰，因此还需要结合其他分析手段，例如荧光、拉曼等实现多通道检测。

2 比色阵列检测爆炸物

随着社会的发展，检测对象更加多样化，检测环境更加复杂化，同时也对检测技术提出了更高的要求，如操作简单化、检测快速化、成本更低等。单一比色探针只能检测一种目标物，无法满足庞杂的爆炸物检测需求，且单一比色探针的抗干扰性也受到了极大挑战[37]。比色阵列采用成像或光谱两种方式收集比色信号，克服了比色探针的上述缺点。为简化数据分析，通常只分析几个离散波长的光谱(例如使用RGB颜色成像或选择UV-Vis光谱中的最高峰值)。不同的待测物会引起阵列中多个传感单元的颜色变化，这些变化组合形成了待测物特有的“指纹图谱”。进一步，可通过对不同“指纹图谱”进行高维数据处理，例如主成分分析(PCA)、分层聚类分析(HCA)、线性判别分析(LDA)等，从而实现对不同物质的鉴别和区分[38]。因此，不同于单一比色探针对分析物“锁-孔”模式的一对一识别，比色阵列可将多个比色反应集成为阵列，利用交叉反应、综合判断，实现复杂检测环境下多种爆炸物识别和提高抗干扰性的目的。

自2000年Suslick课题组首次报道比色阵列以来，比色阵列在检测领域得到了快速发展(图3A)[39]。目前，比色阵列主要分为两种：液体比色阵列和固体比色阵列。Holmes课题组制备的DETECHIP®液体比色阵列，通过建立缓冲体系和控制待测溶液量，避免了酸碱度对检测的干扰，只用8个传感单元就实现了裸眼区分包括爆炸物、毒品、杀虫剂、食物腐烂物在内的200多种分析物(图3B)[40]。但液体比色阵列对检测试剂的保护和存储能力要求高，不方便携带，尤其是在检测痕量固体时，还需要开发新的采样技术，这就限制了液体比色阵列的实际应用。

图3 金属卟啉固体比色阵列检测常见气体分子颜色变化图(A)[39]，8传感单元组成的DETECHIP®比色阵列检测分析物的颜色变化图(B)[40]，40种元素组成的比色阵列检测16种爆炸物反应前后的颜色相减图(C)[41]，用于检测多种爆炸物的单通道、五通道纸基微流控设备装置图(D)[44]Fig.3 Color change profiles of a metalloporphyrin sensor array(A)[39],photograph images of the 8 sensor DETECHIP®producing color changes in the presence of many analytes(B)[40],difference maps of the 40-element colorimetric sensor array showing signal-to-noise of 16 explosives(C)[41],testing set up for the single lane μPADs and five lane μPADs for multiple explosive analysis(D)[44]

传统的纸基基底虽然被视为一种二维材料，但比色试剂在垂直方向的渗透仍会导致信号源的减少，信号的扩散和渗透使得可识别信号减弱，从而灵敏度受限。本课题组提出了全新的降维限域策略，开发出一种可显著增强爆炸物比色检测信号的基底材料。通过该策略设计并制备了具有斯坦纳网络结构、微米级多层结构、微纳孔结构和多羟基成分的层状聚乙烯醇纸。通过检测非制式爆炸物氯酸盐溶液，直接验证了其可以将信号强度增强3.3倍，检测时间从42 s缩至1.7 s，对氯酸盐固体微粒的信号强度增强了5.6倍，为固体比色阵列检测爆炸物提供了一种从本质上提高灵敏度的新方法[45]。

本团队基于比色传感阵列原理，开发出了手持式痕量爆炸物智能比色检测仪，设备可用于公安部门入户排查、战地搜爆、卡口安检以及重要场所、大型活动场所内排查安检等场景，在公共安全分析领域发挥了实际价值(图4)。该智能比色检测仪可在10 s内实现20余种常用的制式和非制式爆炸物及其原料成分的具体名称识别。同时还具有GPS定位功能及数据上传处理功能，可将检测结果实时上传至云端。该检测仪前期已在公安机关、机场安检、大型活动安保中进行了为期两年的应用验证，并获得了公安部安全防范报警系统产品质量监督检验测试中心的检验报告。

图4 手持式痕量爆炸物智能比色检测仪的装置图(A)及其示范应用(B)Fig.4 Equipment drawing of hand-hold intelligent colorimetric detector for trace explosives(A) and its demonstration application(B)

目前，比色阵列遇到的问题是：(1)液体比色阵列的储存和运输都极其危险、对检测人员和环境不友好；固体比色阵列则只能对液相和气相待测物进行检测，对固体物质检测时需要先将其溶解，检测步骤不够简便。(2)为解决实际应用中存在的一些问题，如复杂样本分析中个体差异的校正等，数理统计与数据分析的深入应用仍值得探索。(3)由于阵列中不同化学试剂的耐酸碱性、抗离子干扰性等的差异，尽管研究人员通过加入缓冲体系、引入pH指示剂作为传感单元、限定分析物浓度范围提取光学信号等策略解决了一部分实际应用问题，但比色阵列的稳定性、重复性和安全性还需要进一步研究。(4)比色阵列对分析物的采样和试剂的负载缺乏统一的采样材料，不利于简便操作。

3 比色人工嗅觉系统

3.1 人工嗅觉系统的发展

随着人们对自然界生物嗅觉系统更加深入的认识和对隐藏危险物检测的迫切需要，近几十年人工嗅觉系统技术取得了飞速发展，主要发展出电子鼻、生电鼻和光学鼻3类人工嗅觉系统。

Persaud嗅觉研究团队通过集成多个无特异性的气敏传感器成功开发出了第一个人工嗅觉系统——电子鼻，并通过进一步的阵列传感器指纹识别技术实现了对多种气味的区分识别[46]。为了缩短检测时间，本课题组采取表面态调控策略，即通过在ZnO纳米颗粒内掺杂过渡态金属诱导其氧空位分布在内核外表面以降低与爆炸物分子电荷转移距离，实现了对爆炸物气氛的快速超灵敏检测。并利用不同过渡态金属掺杂ZnO纳米颗粒对气体分子响应的差异性，制备出对5种制式爆炸物和两种非制式爆炸物快速识别的电子鼻(图5A)[8]。金属与半导体界面形成的肖特基结传感器具有整流效应，吸附分子对势垒高度的极其微小影响即可引起输出电流的很大变化。基于肖特基结构优异的气敏检测性能，本课题组进一步利用SiNWs(硅纳米线)阵列增加待测分子与传感器的接触面积，并引入TiO2插层调节肖特基结势垒高度，构建出SiNWs/TiO2/rGO肖特基结传感器，成功实现了对HMX的nL/L级别检测(图5B)[47]。然而，由于电子鼻在本质上是依靠传感单元与待测分子间较为微弱的物理相互作用而不是化学作用实现检测，导致其很容易受到如湿度、温度、大气污染物等环境因素的干扰，特异性较低。

随着1991年Buck和Axel解码了嗅觉受体这一划时代的发现，生电鼻获得了极大地发展[48]。相对于电子鼻技术，生电鼻直接利用不同气味与嗅觉受体蛋白的相互作用，克服了电子鼻选择性差和信号处理困难的问题。生电鼻主要由一级传感器(生物检测单元)和二级传感器(硬件支撑平台)两部分组成(图5C)[49]。二级传感器根据一级传感器检测目标分子时产生的不同变化，如颜色、发光、质量等，将其转化为电学、光学等可以输出的信号[50]。近些年，生电鼻虽然得到了极大的发展，但是其完全依赖于有限的生物嗅觉受体蛋白，导致不能对环境中无味道的分子进行检测，且其生物部分需要复杂的异质表达和非常适宜的环境，限制了其广泛应用。

光学鼻主要是基于待测分子与传感单元反应引起光学信号的变化实现检测。Walt课题组于1996年制备出了世界第一个光学鼻[51]，其通过将染料尼罗红与不同极性、疏水性、孔尺寸、柔性和溶胀特性的高聚物复合，并将尼罗红与高聚物的复合物固定在光纤团簇顶端制备而成。由于不同气体分子可对这些复合物的极性、尺寸及形状产生不同的变化，因此可以得到不同的荧光图案。Suslick课题组则在2000年率先利用金属卟啉染料制备出比色鼻[39]。为了实现比色鼻子的实际应用，Suslick课题组还将可以与三甲胺发生颜色变化的从弱物理键到化学键的20个传感单元组成了比色鼻(图5D)[52]，不仅实现了采用平板扫描或智能手机拍照对目标分子的检测，还开发出手持比色鼻设备完成了对鱼臭症的气味检测。由于比色鼻主要由目标分子与其形成的从最弱的范德瓦尔斯键到最强的共价键或离子键等一系列弱强不同的比色阵列组成，因此具有极其优异的灵敏度和选择性。然而，无论是荧光鼻还是比色鼻，均需要气体分子与传感单元之间产生物理或化学相互作用从而产生光谱变化，这需要设计复杂的传感单元阵列并结合复杂的数据处理方式以实现对目标分子的特异性识别。此外，光学鼻只能实现挥发性物质的检测，限制了其在挥发性极低甚至无挥发性物质检测领域的应用。

图5 掺杂过渡金属的ZnO气体传感器阵列原理图(A)[8]，基于肖特基结的纳米传感器构建示意图(B)[47]，生电鼻的设计原理图(C)[49]，利用手机相机或手持光电设备检测三甲胺蒸气的便携传感系统(D)[52]Fig.5 Schematic diagram of gas sensory arrays composed of transition-metal-doped ZnO sensors(A)[8],schematic illustration of the Schottky heterojunction fabrication-based nanosensor process(B)[47],schematic presentation of sensors design of bioelectronic nose(C)[49],portable sensing of trimethylamine vapors is described using a cell phone camera or a hand-held optoelectronic(D)[52]

3.2 比色人工嗅觉系统的提出及其应用

为了将电子鼻的可重复使用性、生电鼻的特异性和比色鼻完全不依赖生物组织的优点结合在一起，并克服它们都无法实现挥发性极低甚至完全不挥发物质检测的难题，研究人员不断尝试开发新的策略和方法。

经深入分析嗅觉系统的作用机理，基于仿生学原理，本课题组开发出一种全新的人工嗅觉系统——基于水凝胶的比色人工嗅觉系统(图6)[53]。其主要基于3个方面的仿生效果：(1)利用水凝胶既具有微液环境又具有固体机械性能的特点，模拟嗅觉粘膜，实现空气中悬浮微粒的吸附、溶解及检测；(2)将能特异性识别待测物的比色探针加载到水凝胶中以模拟气味结合蛋白；(3)利用反应产物特定颜色传导出的光学信号，模拟嗅觉受体发生形状变化传输信号。该比色人工嗅觉系统成功识别检测了5种空气中悬浮的非制式爆炸物微粒，检测限低至39.4 pg，对KClO3、NaClO4、KNO3和尿素的检测时间小于1 s，且具有优异的选择性和可重复使用性。

图6 自然嗅觉系统识别气味的过程机理图(A)，比色人工嗅觉系统设计图及其检测过程示意图(B)，完整的比色人工嗅觉系统分解示意图及其基于比色水凝胶的制备图(C)[53]Fig.6 Schematic illustrations of:a natural olfactory system for discriminating odorants(A),the constructed colorimetric artificial olfactory system and its detection process based on specific colorimetric reactions with analytes(B),fabrication process based on anchoring and encapsulating colorimetric hydrogels(C)[53]

基于比色人工嗅觉系统的作用原理，本团队研制出爆炸物气氛探测仪，该探测仪主要由比色传感材料和用于空气采样的阵列化高分子基底材料构成，结合阵列设计加工工艺、微区颜色识别技术等的研发与优化，实现了对多种非制式爆炸物及相关制爆原料的集气式采样及快速识别探测，检测时间小于10 s，检测限低于50 μg(图7)。

图7 爆炸物气氛探测仪的装置图(A)及其示范应用(B)Fig.7 Equipment drawing of explosive atmosphere detector(A)and its demonstration application(B)

3.3 改进比色人工嗅觉系统的潜在策略与技术

比色人工嗅觉系统通过将水凝胶阵列与比色试剂溶液相结合精确模拟嗅觉粘膜和特定的气味结合蛋白，从而检测和识别空气中的待测物颗粒。其优化主要依赖于3个方面：多目标物比色试剂的开发、抗环境干扰性强的水凝胶基底的制备、比色逻辑门的建立和应用。

本课题组提出了一种多目标爆炸物比色检测试剂设计策略，基于异丙醇钾(C3H7KO)和二甲基亚砜(DMSO)体系对待测物的亲核加成反应和碱催化氧化诱导的电子转移原理，以非离子型表面活性剂Tween-20限域颜色信号，开发出可同时比色识别TNT、DNT、硫和高锰酸钾的多目标爆炸物比色检测试剂，常见的面粉、盐、味精等生活用品，硝基苯、三乙胺等含氮物质，磷单质、硫化钠、硫酸钠等含硫化合物和强氧化剂高氯酸钠等20余种物质均对其检测无干扰[54]。针对水凝胶基底的改进，本课题组利用亲疏交替网络锁水的设计策略，成功开发出一种高保湿、高信号保真度的比色检测水凝胶基底材料，有效抑制了微小比色信号在基底中的扩散，增强了检测微米级尿素颗粒的颜色信号，有望成为一种用于各种比色试剂负载的理想水凝胶材料[55]。

将比色水凝胶阵列平台运用于比色人工嗅觉系统可构建多个比色传感单元，充分发挥其对多目标物识别的能力。然而，传统的阵列数据分析方法过于繁琐复杂且准确度低，不适用于未知物的现场检测。因此，亟需针对比色人工嗅觉系统开发一种快速、准确的数据处理方式。本课题组针对所集成特异性传感单元建立了比色逻辑门的数据处理方式，即首先采用YES/NO逻辑门实现对非制式爆炸物硝酸钾、硫、氯化铵和尿素的快速筛选。再通过引入分子解码技术实现对非制式爆炸物混合物的直接检测识别，极大地提高了混合物检测的准确性[56](图8)。

图8 比色逻辑门的构建及其判别过程示意图[56]Fig.8 Schematic illustration of colorimetric logic design[56]

4 结论与展望

比色法因具有操作简单、反应快速，能通过裸眼观察颜色的变化实现待测物定性分析的优势，是适用于现场检测爆炸物的技术手段之一。面对检测环境复杂化，检测对象多样化的现状，比色阵列被成功开发。最近，比色法更是在比色阵列基础上发展出了比色人工嗅觉系统，不仅能实现多目标物的同时识别，还能实现对难挥发非制式爆炸物的非接触比色识别检测。

随着社会的发展和科技的进步，比色人工嗅觉系统在未来的实际应用中还存在很大的发展空间。

(1)比色人工嗅觉系统的构造将更加精细。未来，若能将不同的比色探针分子直接化学交联在同一种水凝胶网络上，即可仅依靠一个比色水凝胶传感器实现比色阵列检测的效果。并且，由于真正的生物嗅觉系统的多个气味结合蛋白和嗅觉受体存在于整体嗅觉粘膜和嗅觉表皮，故一条分子链上连有多个探针分子的比色人工嗅觉系统会更逼近生物嗅觉系统。

(2)比色人工嗅觉系统将更具有环境适应性。比色人工嗅觉系统的核心构成是比色水凝胶传感单元，在复杂环境下，水凝胶骨架的稳定性和水凝胶提供的微液环境对于比色人工嗅觉系统的检测至关重要。可以考虑通过以下策略提高水凝胶的保湿性：在水凝胶网络中引入保湿成分，例如冷冻保护剂和高水化盐[57]；调控聚合物网络的交联密度和作用形式[58]；构建有机/无机杂化凝胶体系，使无机组分作为支撑基底并提供一定的吸水性，从而同时提高水凝胶的保水能力并保持骨架不塌陷[59]。

(3)比色人工嗅觉系统的应用将更加广泛。目前，比色人工嗅觉系统已成功应用于空气中悬浮非制式爆炸物颗粒的检测，基于其仿生原理，通过负载不同的比色试剂，针对不同目标物产生比色反应，并依据一定的数据分析方法进行目标物筛选是完全可行的。未来，比色人工嗅觉系统更可被应用于毒品、危险化学品、易挥发有机物的检测，有助于解决公共安全问题。