基于植入電極生物電子鼻的氣味響應(yīng)分析與識(shí)別的研究.pdf

1、氣味檢測(cè)廣泛用于疾病診斷，環(huán)境監(jiān)測(cè)，安全控制，食品檢測(cè)等方面，隨著生物工程和電子技術(shù)的發(fā)展，人們提出了生物電子鼻，以生物氣味敏感材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)傳感器，取出的細(xì)胞或組織等生物材料破壞了細(xì)胞或組織的生物活性，因此本文構(gòu)建了基于植入電極的生物電子鼻，旨在以動(dòng)物完整的嗅覺系統(tǒng)作為氣味敏感部分，將微電極陣列植入動(dòng)物嗅球內(nèi)，在體提取氣味感知信息，通過計(jì)算機(jī)分析處理得到動(dòng)物聞到的氣味信息，實(shí)現(xiàn)氣味檢測(cè)功能。基于植入電極生物電子鼻的氣味測(cè)試結(jié)果表明

2、系統(tǒng)對(duì)辛醇，戊醛，和丁酸特異性響應(yīng)，響應(yīng)的重復(fù)性好，與氣味濃度線性度高，靈敏度較高，分辨率小，測(cè)試表明系統(tǒng)壽命達(dá)3個(gè)月，對(duì)3種氣味的識(shí)別準(zhǔn)確率約60％，另外，為分析基于植入電極生物電子鼻對(duì)自然氣味的檢測(cè)性能，進(jìn)行混合氣味測(cè)試，結(jié)果表明系統(tǒng)對(duì)混合氣味存在兩種特定的響應(yīng)方式:主導(dǎo)型和疊加型。
　　本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1、改進(jìn)了基于植入電極生物電子鼻的構(gòu)建方案
　　將離體定位技術(shù)與嗅球響應(yīng)圖譜有機(jī)結(jié)合，微電極陣

3、列植入嗅球前側(cè)中間區(qū)域，每只大鼠保持一致，保證大鼠傳感系統(tǒng)的一致性，電極植入?yún)^(qū)域內(nèi)神經(jīng)元普遍對(duì)辛醇，戊醛，丁酸有顯著響應(yīng)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案提高了系統(tǒng)對(duì)辛醇，戊醛，丁酸氣味的特異性響應(yīng)和氣味檢測(cè)的成功率。
　　2、設(shè)計(jì)了基于植入電極生物電子鼻的氣味信息解碼方法
　　本文對(duì)比了3種氣味響應(yīng)特征:神經(jīng)元發(fā)放頻率，神經(jīng)信號(hào)非線性能量，spike相位分布，分析表明神經(jīng)元發(fā)放頻率能夠準(zhǔn)確反映神經(jīng)元響應(yīng)強(qiáng)度，且計(jì)算過程簡(jiǎn)便，作為本文氣味響

4、應(yīng)分析的特征值，考慮到生物測(cè)量的隨機(jī)性誤差，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行高斯擬合，基于動(dòng)物嗅覺組合式編碼方式，本文分析由多個(gè)神經(jīng)元測(cè)試分布曲線組合成的氣味響應(yīng)模式，然后利用最大似然估計(jì)法預(yù)測(cè)待測(cè)氣味，該方法計(jì)算過程簡(jiǎn)便，識(shí)別準(zhǔn)確率較高。
　　3、對(duì)基于植入電極生物電子鼻的氣味檢測(cè)性能進(jìn)行了深入分析
　　對(duì)基于植入電極生物電子鼻進(jìn)行氣味檢測(cè)性能測(cè)試，包括特異性，重復(fù)性，穩(wěn)定性，濃度依賴性，靈敏度和識(shí)別效果，結(jié)果表明，系統(tǒng)可重復(fù)地特異性識(shí)別辛

5、醇，戊醛，丁酸，識(shí)別準(zhǔn)確率為63.37％，濃度梯度測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)氣味檢測(cè)的靈敏度為5.84 Hz/lg[mol/L]，分辨率為0.12 lg[mol/L]，且對(duì)氣味濃度的響應(yīng)與氣味濃度間線性度超過0.8。
　　4、探索了基于植入電極生物電子鼻的混合氣味響應(yīng)特性
　　大部分自然氣味為混合氣味，探索系統(tǒng)對(duì)混合氣味的響應(yīng)有利于將基于植入電極生物電子鼻用于自然氣味的檢測(cè)。將辛醇，戊醛，丁酸中兩種單質(zhì)的混合氣味測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試表明同一