嗅觉和味觉图象传感技术的研究进展

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1、国外医学生物医学工程分册1996年第19卷第5期
嗅觉和味觉图象传感技术的研究进展谢军王平综述浙江大学生命科学与医学工程学系生物传感器国家专业实验室摘要:本文介绍了嗅觉和味觉图象传感技术的基本原理、嗅觉和味觉图象传感器的研制。介绍了表面光伏技术SPT(SurfacePhotovoltageTechnology)及半导体技术在嗅觉和味觉图象传感器中的应用,阐述了这种化学图象检测方法一些独特的优点和它在人工嗅觉和味觉及其它生物化学传感技术方面的应用。最后本文简要地讨论了基于化学图象的一些信息处理和模式识别方法以及这种新技术的发展前景。关键词:嗅觉味觉生物传感器化学图象1引言感器(L

2、ight-AddressablePotentiometric生物和化学传感技术近些年来已取得Sensor,LAPS),其采用了新颖的表面光伏了快速的发展,并已被广泛应用于工业、医技术SPT(SurfacephotovoltageTech-[3]疗和日常生活等诸多领域。作为生物和化nique)。这些新技术的采用使得嗅觉和学传感器领域一个重要组成部分的人工嗅味觉传感器朝着集成化和微型化的方向发觉和味觉系统的研究也是从无到有,不断展。这些集成化和微型化的传感器可用来的发展和完善。人工嗅觉系统即电子鼻的获得化学图象(ChemicalImage),并且所研究已有了近30年的历史,在这一领

3、域新得化学图象与生物嗅电图和味电图十分相技术、新方法不断出现,已发展到了一个似,从而使该类传感器所构成的人工嗅觉[1]新阶段。人工味觉的研究虽然起步较晚,和味觉系统更加接近生物嗅觉和味觉系但发展却很快,具有一定实用价值的电子统,更加具有仿生性。此外,这类人工嗅[2]舌系统也已出现。觉和味觉系统的高灵敏度、高稳定性和空嗅觉和味觉传感器在研究和发展过程间定位特性也使其发展前景更加广阔。中不断吸收新的技术和手段,如半导体微本文主要介绍了生物嗅觉和味觉的基细加工和微机械技术的应用、信息处理中本原理,采用化学和生物传感器获得化学的人工神经网络应用等。80年代末出现了图象的方法,以及这种化

4、学图象检测方法一种新型的半导体器件——光寻址电位传在人工嗅觉和味觉检测方面的应用。最后
本文得到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金资助249国外医学生物医学工程分册1996年第19卷第5期本文介绍了基于化学图象的一些信息处理的信号从嗅神经延轴突传给约5000个小和模式识别方法。球节,接着在经过10000个僧帽细胞处理后再经过颗粒细胞层传给脑。与某些化学2生物嗅觉和味觉的机理和生物传感器相比,嗅觉感受细胞的灵敏图1显示了一个从嗅上皮到脑的嗅觉性、选择性并不具备特殊的优点。但因其通路的神经生理解剖图。在嗅细胞的纤毛数量多,并具有一定的空间分布,所以产上有G—受体结合蛋白作为化学受

5、体。该生的响应信号信息量大,并且有冗余。这类受体蛋白约有100种,它们具有彼此不些信息在经过一定的生物神经网络处理同但相互间有一定覆盖的敏感特性,约有后,可以将灵敏度提高约三个数量级,并1亿个嗅细胞被用来放大信号并产生第二可以减少漂移,同时还可以对近千种气味[1]信使。这些信使控制着离子通道,所产生进行识别。图1嗅觉通道的生理解剖图人的舌头上有很多乳头,乳头上分布似的通路传给了脑。同时在传递过程中不有味蕾,每个味蕾是由40—60个顶端具有断提高信噪比,最终由大脑进行味觉的识[4]微绒毛的味细胞组成。味细胞膜的主要成别。分是脂质和蛋白质。已有的研究表明,酸、由嗅上皮和舌面上具有一

6、定空间分布咸和苦的受体都是脂质,苦受体可能与蛋的味觉、嗅觉感受器产生的对给定化学物白质相连,而甜和鲜的受体只是蛋白质。另质的响应信号图象,同样也具有一定空间外味细胞对各种味道的敏感性、选择性具分布和冗余,对应的嗅觉响应图可称之为有一定的空间分布。例如,舌类和舌尾的嗅电图,对味觉的则称之为味电图。这两味细胞分别对甜味和苦味较敏感,而舌两种图象是生物进行嗅觉和味觉信号处理的侧则对酸味和咸味较敏感。正是这么多具基础,是生物嗅觉和味觉的一个重要特征。有一定空间分布的味细胞产生了对化学物生物体正是在这两种响应信号图的基础上质的响应信号图,并经过与嗅觉通路相类经过生物神经网络的信息处理后,

7、才使得250国外医学生物医学工程分册1996年第19卷第5期[9]生物嗅觉和味觉识别范围很广,并具有很学响应图。S.Tato和M.shimiru等人高的识别精度和智能。人工嗅觉和味觉研将LAPS器件应用于气体传感器,并取得[10][11]究的目的就是要模拟生物嗅觉和味觉,并一定的成果。H.Uchidu介绍了用数最终超过和代替生物嗅觉和味觉,因此获字LAPS系统来快速获得化学图象。M.得与嗅电图和味电图相似的化学图象成为Nakao等利用与图2相似的测量系统很容+[12]嗅觉和味觉传感器的一个重