基于高場不對稱離子遷移譜技術(shù)的傷口感染檢測電子鼻設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、電子鼻（electronic nose）是一種由特定傳感單元、信號處理單元和模式識別單元構(gòu)成的能夠檢測單一或復(fù)合氣味的儀器。由于電子鼻檢測技術(shù)是一種有效的非入侵檢測方式，且檢測成本低、檢測時間短，因此得到了廣泛的應(yīng)用，成為近年來人們研究的熱點領(lǐng)域。傳感器單元是電子鼻系統(tǒng)中最重要的組成部分，因為傳感性能的優(yōu)劣直接決定了整個電子鼻系統(tǒng)對檢測物的識別性能。目前，傳感單元通常是由多個具有交叉敏感性的氣體傳感器組成的陣列系統(tǒng)。雖然氣體傳感器陣列系

2、統(tǒng)具有實現(xiàn)簡單、成本低廉等優(yōu)點，但是它也存在著檢測精度低、抗干擾能力差和傳感器漂移等缺陷，制約了電子鼻技術(shù)的進一步發(fā)展和應(yīng)用。為了解決這個問題，研究者一方面通過各種模式識別算法成功實現(xiàn)了電子鼻性能的補償，但這并不能從根本上解決該問題。另一方面，人們尋求創(chuàng)新的傳感技術(shù)，從本質(zhì)上解決電子鼻系統(tǒng)中傳感單元存在的缺陷；在這種背景下，利用高場不對稱離子遷移譜（Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry,

3、FAIMS）技術(shù)作為電子鼻傳感的技術(shù)路線，能夠成功解決上述問題，大大改善了電子鼻的性能。
　　高場不對稱波形離子遷移譜作為一種廣譜分析技術(shù)，具有檢測速度快、靈敏度高、易于微型化等特點，在環(huán)境監(jiān)測、毒品、爆炸物、化學(xué)戰(zhàn)劑、蛋白質(zhì)檢測等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其工作原理是利用離子在高電場中的遷移率的非線性變化實現(xiàn)離子的分離。每種離子由于質(zhì)量、截面積等固有參數(shù)的區(qū)別使得它們在高電場中具有不同的遷移率變化趨勢，當控制離子所處的電場條件發(fā)生

4、變化時，可使得不同的離子通過電場區(qū)域，實現(xiàn)離子的選擇性分離。
　　本文在對電子鼻技術(shù)和FAIMS技術(shù)深入研究的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的FAIMS檢測核心器件成功構(gòu)建了一個完整的電子鼻系統(tǒng)。通過測試實驗表明，該電子鼻系統(tǒng)對苯具有檢測精度高、可靠性好、運行穩(wěn)定的特點；同時，本文在人類傷口感染檢測的背景下，利用該電子鼻系統(tǒng)開展了大量細菌實驗和智能算法研究工作。結(jié)果表明，針對4種常見傷口感染菌，該系統(tǒng)識別率達到99.82％，成功實現(xiàn)了傷口感染菌

5、的檢測。本文完成的具體工作內(nèi)容如下：
　?、僭O(shè)計并構(gòu)建了基于FAIMS技術(shù)的電子鼻硬件系統(tǒng)平臺。對構(gòu)建好的系統(tǒng)完成了氣路氣密性、系統(tǒng)潔凈度、檢測靈敏性的相關(guān)實驗。實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)氣密性良好，氣路干凈，對常見苯類化合物最低檢測限達到56ppb；
　　②針對FAIMS圖譜的特點，提出了FAIMS圖譜的預(yù)處理方法，并設(shè)計了多個特征提取和分類算法用于對FAIMS圖譜進行處理；
　　③利用本文構(gòu)建的硬件系統(tǒng)開展傷口細菌實驗，并