嗅觉传导机理及仿生嗅觉传感器的研究进展

嗅觉对所有动物而言都是一种极其重要的生理感觉.近年来,人们对嗅觉传导机理的研究取得了很大进展,尤其是嗅觉受体基因超家族的突破性发现推动了国际上嗅觉研究的快速发展.随着嗅觉传导机理研究的不断深入,加上仿生嗅觉传感器具有潜在的商业价值和工业应用前景,对仿生嗅觉传感器的研究也取得了很大进展.同时,该研究对于嗅觉传导机理的研究也具有重要的促进作用.本文综合评述了近年来国际上嗅觉传导机理和仿生嗅觉传感器研究的最新进展.从嗅觉信号传导的神经通路、嗅神经元对气味分子信号的转导机制、嗅球对嗅觉信号的编码和处理、嗅皮层对嗅觉信号的感知以及仿生嗅觉传感器进行了综述.最后也介绍了我们在仿生嗅觉传感器方面的研究进展.

基于声表面波器件的仿生嗅觉受体传感器的研究

嗅觉受体可以与气味分子发生特异性的相互作用,这一机理不仅在生物嗅觉系统分辨和识别气味的过程中发挥着重要作用,而且也为解决传统嗅觉传感器特异性低的问题提供新的途径。从仿生设计角度,利用嗅觉受体对其配体特异性识别的机理,提高嗅觉传感器的特异性。以嗅觉受体作为敏感元件,声表面波器件作为二级传感器,构建一种可用于特异性气味检测的新型嗅觉受体传感器。选择秀丽线虫嗅觉受体ODR-10作为生物识别元件,通过基因工程的方法,将其表达在人乳腺癌细胞MCF-7细胞质膜上,提取含有ODR-10的细胞质膜组分,将其涂覆在声表面波器件的敏感区域。结果表明,ODR-10可以有效地表达于MCF-7的细胞质膜上,用这种异源表达的ODR-10构建的仿生嗅觉传感器对ODR-10的配体丁二酮具有很高的灵敏度,并具有很好的特异性。实验结果证实,这种基于嗅觉受体的仿生嗅觉传感器不仅适用于特异性气味检测,也适用于筛选特异性的嗅觉受体-配体对,将进一步推动嗅觉传导机理研究的进展。

嗅感觉细胞及其应用于嗅觉传感器的研究进展

嗅觉器官是生物体的重要感官之一。鉴于其简单、古老的特性,嗅觉系统可作为研究神经信息处理、生物进化两大课题的很好的突破口。工程应用方面,模仿嗅觉机制研制的嗅觉传感器在环境监测、食品品质鉴定中有广泛应用前景。本文首先介绍了嗅感觉细胞(ORNs)的形态和结构以及ORNs中气味信号的转导途径。然后总结了ORNs编码气味信号的研究成果,讨论了近些年发现的ORNs对机械刺激的响应这一特性对编码的作用。最后介绍了近年来利用ORNs/嗅觉受体作为气味感知元件构建嗅觉传感器的研究,并结合我们目前基于ORNs的嗅觉传感器的工作,提出了嗅觉传感器下一步发展的方向。

基于传感器阵列多特征优化融合的鱼粉品质检测

为了提高鱼粉品质检测装置的鉴别能力,利用研制的鱼粉品质检测装置,提取鱼粉样本的响应特征信息(10×6个)构成原始特征矩阵,以多层感知器神经网络的鉴别正确率为评价指标,对其传感器阵列进行多特征数据融合优化。首先,通过不同的归一化处理,得到了最佳的归一化处理方法;其次,通过因子载荷分析结果计算获得1 770个特征距离值,按从小到大的顺序对1 770个距离进行排序,并依据特征值距离原点的欧式距离,剔除欧氏距离较小的19个特征值,获得最高的鉴别正确率;最后,对经过载荷分析优化后的原始特征值进行相关性分析,按相关系数绝对值累加和大小进行排序,当剔除掉相关系数绝对值累加和大于37.2时的8个特征值时,此时鉴别正确率为98.3%,特征子集也更紧凑。研究结果表明:特征优化前后的传感器信号的表征特征发生了明显的变化,33个特征值被用来表征鱼粉样本的传感器特征信号。同时,采用马氏距离解释了MLP神经网络鉴别结果的可信性,进一步说明了特征优化方法的合理性。

基于嗅觉可视技术的食醋气味表征和区分

利用自主研发的便携式食品气味嗅觉可视检测仪对3种食醋进行了分析,并在实验过程中对传感器制作和图像信号采集进行了优化。结果表明,相机获取图像的整体稳定性优于扫描仪,溶剂挥发时间为15 min时,传感器最为稳定,且与食醋反应可获取最佳响应信号差值;对传感器获取3种食醋挥发气体的响应信号进行主成分分析,再通过线性模型判别,发现独立食醋样本的识别率达到100%。

基于嗅觉可视化技术的醋酸发酵过程中酒精度的检测

首先通过气相色谱-质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)测定不同醋酸发酵阶段下醋醅中的酒精度,结果表明,随着醋酸发酵阶段的进行,醋醅中的乙醇不断减少。然后,通过自制的嗅觉可视化检测仪来表征镇江香醋不同醋酸发酵过程中的食醋气味信息,最后利用12个卟啉类化合物和3种酸碱指示剂的R、G、B三种个颜色分量(共45个特征值)作为特征变量,分别结合偏最小二乘(PLS)及误差反向传播人工神经网络(BP-ANN)模型,快速检测醋酸发酵过程中的乙醇含量。结果表明,相比于PLS模型,BP-ANN模型的预测效果更好;嗅觉可视化技术结合BP-ANN模型预测酒精度的相关系数为0.912 7。研究表明,可以通过嗅觉可视化技术结合BP-ANN模型来快速准确地检测醋酸固态发酵过程中醋醅的酒精度含量。

基于嗅觉可视技术的醋醅理化指标分析

通过分析56个不同发酵池种子醋醅乙醇脱氢酶（ADH）的活性与56个对应接种池的不挥发酸和总酸的关系，得出将种子ADH活性控制在600～700U／mL时，被接种池的醋醅品质较高。利用嗅觉可视化技术结合误差反向传播人工神经网络（BP—ANN）模型，快速检测种子ADH活性和预测被接种池不挥发酸及总酸质量分数。结果表明，BP—ANN模型预测ADH、不挥发酸、总酸的相关系数分别为0．7816、0．8447和0．9463。因此，嗅觉可视化技术结合BP—ANN可有效预测醋酸发酵过程中的理化指标。

输气管道泄露检测技术进展

输气管道泄露检测技术是在管道出现老化、腐蚀、人为破坏和自身缺陷等问题时,及时发现并做出报警反应的检测技术。输气管道泄漏不仅会带来巨大的经济损失,而且外漏后的天然气也存在严重的安全隐患,如不及时发现,容易造成重大事故。因此管道检漏技术就是油气安全运输的保障。首先对检漏技术进行了分类,并着重对红外线成像检漏技术、负压波检测技术、漏磁检漏技术、分布式光纤检漏技术等9种新型的间接检漏技术进行了原理分析、进展介绍和适应性评价,最后对管道检漏技术的发展前景做出了展望。

食品检测中电子鼻技术的相关应用探讨

众所周知,科学技术的发展为人们的生产生活提供了极大的便利,在食品检测工作中,电子鼻技术对于食品检测的效率的影响是十分明显的。近些年来,随着嗅觉传感器的广泛应用,电子鼻技术在食品检测领域中得到了越来越广泛的使用。电子鼻技术因其技术特点以及自身的结构组成,能够在果蔬成熟度以及食品新鲜度检测方面起到极为关键的作用,还能够较为高效地对饮料以及酒类进行识别。本文基于此种背景,对电子鼻技术的应用以及发展前景和趋势进行了探讨,以期为相关技术的发展提供借鉴。

农产品无损检测技术的探讨

农产品的质量问题关系着国计民生,近年来随着生活水平的不断提高,人们对农产品质量的要求越来越高。为了满足人们的要求,在农产品的品质把控上,需要对农产品进行严格的质量监测。农产品无损检测技术是在不破坏农产品品质的前提下,对农产品进行质量检测。农产品无损检测技术的发展和应用已有了丰富的实践。在实践中,无损检测技术既快又好地完成了农产品的质量检测工作。

科技简讯

法国制成扫雷机器人法国AID在法国防部技术研究设计局的协助下成功地试制成功第一台称之为RM200遥控行走扫雷机器人。这种机器人自重250公斤,机械臂七个自由度,装备有液压夹具、移动式红外摄像机、高灵敏度声音接收器和嗅觉传感器,6轮驱动,视传遥控。它在沥青路面上的行走速度为5公里/小时,能穿越人行道。

智能嗅觉的发展和挑战

智能嗅觉的发展和挑战杨原，王小如，李权龙，杨成隆，王志勇，袁东星（厦门大学化学系近代分析化学研究所，３６１００５）智能嗅觉的发展经历了缓慢的，曲折的成长过程。就其原因来看，一方面是由于嗅觉传感器的发展速度远远落后于视觉传感器的发展￣［１］，另一方面是...

利用电子鼻区分多种贵州香禾糯的香味

为了区分贵州香禾糯不同品种所具有的香味特征,利用电子鼻PEN3系统对贵州香禾糯高供鬼、苟央当、沟担当、苟岑高、从江香禾糯、苟高千的香味主成分进行采集和分析,同时利用主成分分析法和线性判别法对香味特征响应值进行数据分析并利用GC-MS对比苟高千和来陇的香味成分,结果证明电子鼻PEN3可以有效区分贵州香禾糯不同品种的香味特征。