基于植入電極生物電子鼻的氣味響應分析與識別的研究.pdf

1、氣味檢測廣泛用于疾病診斷，環(huán)境監(jiān)測，安全控制，食品檢測等方面，隨著生物工程和電子技術的發(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)的化學傳感器，取出的細胞或組織等生物材料破壞了細胞或組織的生物活性，因此本文構建了基于植入電極的生物電子鼻，旨在以動物完整的嗅覺系統(tǒng)作為氣味敏感部分，將微電極陣列植入動物嗅球內，在體提取氣味感知信息，通過計算機分析處理得到動物聞到的氣味信息，實現(xiàn)氣味檢測功能?；谥踩腚姌O生物電子鼻的氣味測試結果表明

2、系統(tǒng)對辛醇，戊醛，和丁酸特異性響應，響應的重復性好，與氣味濃度線性度高，靈敏度較高，分辨率小，測試表明系統(tǒng)壽命達3個月，對3種氣味的識別準確率約60％，另外，為分析基于植入電極生物電子鼻對自然氣味的檢測性能，進行混合氣味測試，結果表明系統(tǒng)對混合氣味存在兩種特定的響應方式:主導型和疊加型。
　　本文的主要工作和創(chuàng)新點如下:
　　1、改進了基于植入電極生物電子鼻的構建方案
　　將離體定位技術與嗅球響應圖譜有機結合，微電極陣

3、列植入嗅球前側中間區(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)域內神經元普遍對辛醇，戊醛，丁酸有顯著響應，實驗驗證了該方案提高了系統(tǒng)對辛醇，戊醛，丁酸氣味的特異性響應和氣味檢測的成功率。
　　2、設計了基于植入電極生物電子鼻的氣味信息解碼方法
　　本文對比了3種氣味響應特征:神經元發(fā)放頻率，神經信號非線性能量，spike相位分布，分析表明神經元發(fā)放頻率能夠準確反映神經元響應強度，且計算過程簡便，作為本文氣味響

4、應分析的特征值，考慮到生物測量的隨機性誤差，對測試結果進行高斯擬合，基于動物嗅覺組合式編碼方式，本文分析由多個神經元測試分布曲線組合成的氣味響應模式，然后利用最大似然估計法預測待測氣味，該方法計算過程簡便，識別準確率較高。
　　3、對基于植入電極生物電子鼻的氣味檢測性能進行了深入分析
　　對基于植入電極生物電子鼻進行氣味檢測性能測試，包括特異性，重復性，穩(wěn)定性，濃度依賴性，靈敏度和識別效果，結果表明，系統(tǒng)可重復地特異性識別辛

5、醇，戊醛，丁酸，識別準確率為63.37％，濃度梯度測試結果表明系統(tǒng)氣味檢測的靈敏度為5.84 Hz/lg[mol/L]，分辨率為0.12 lg[mol/L]，且對氣味濃度的響應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特性
　　大部分自然氣味為混合氣味，探索系統(tǒng)對混合氣味的響應有利于將基于植入電極生物電子鼻用于自然氣味的檢測。將辛醇，戊醛，丁酸中兩種單質的混合氣味測試系統(tǒng)，測試表明同一