太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)在轉(zhuǎn)基因物質(zhì)檢測(cè)上的識(shí)別方法研究.pdf

1、隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，人類可以在生物體中植入外源基因，使物種在保留本身特性的同時(shí)也具備其它新的特性，如:抗蟲性、抗逆性等。這些轉(zhuǎn)基因物種對(duì)人類健康、生態(tài)環(huán)境、倫理道德等帶來潛在的威脅，因此對(duì)轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)行檢測(cè)和鑒別至關(guān)重要。目前，較為常用的轉(zhuǎn)基因檢測(cè)方法主要為蛋白質(zhì)和DNA檢測(cè)兩種，雖然這些方法能夠有效的鑒別出轉(zhuǎn)基因生物，但是也存在許多不足，例如:蛋白質(zhì)檢測(cè)是適合對(duì)未加工產(chǎn)品的檢測(cè)，DNA檢測(cè)費(fèi)用高操作復(fù)雜等。太赫茲(THz)技術(shù)是目

2、前一個(gè)非常前沿的熱點(diǎn)領(lǐng)域，由于THz波的獨(dú)特性質(zhì)，如較強(qiáng)的透視及安全性、良好的光譜分辨能力等，使得其在物質(zhì)檢測(cè)等方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
　　本研究主要是利用光譜分析技術(shù)、光學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)，以轉(zhuǎn)基因物質(zhì)（包括轉(zhuǎn)基因棉花、轉(zhuǎn)基因甜菜及其親本）為研究對(duì)象，進(jìn)行基于THz光譜技術(shù)的快速無(wú)損檢測(cè)和鑒別研究。本文的研究目的是證明利用THz光譜分析技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品快速無(wú)損檢測(cè)和鑒別研究的可行性，建立基于THz光譜分析技術(shù)的轉(zhuǎn)

3、基因產(chǎn)品的快速無(wú)損檢測(cè)方法體系，為制備具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測(cè)儀器提供有效的方法依據(jù)。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)基因棉花品種進(jìn)行鑒別方法研究。提出了一種基于自適應(yīng)仿射傳播聚算法的改進(jìn)的支持向量機(jī)鑒別模型，成功的應(yīng)用到轉(zhuǎn)基因棉花品種的太赫茲光譜識(shí)別和分類中。通過研究多種轉(zhuǎn)基因棉花的太赫茲特征譜線，獲取其在0.2THz-2.0THz頻段內(nèi)的太赫茲光譜信息用來形成鑒別的特征參數(shù)。首

4、先，在循環(huán)迭代中，利用自適應(yīng)仿射傳播聚類算法對(duì)未標(biāo)記的訓(xùn)練樣本進(jìn)行聚類和標(biāo)記，并不斷的更新支持向量機(jī)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，直到標(biāo)記完所有未標(biāo)記樣本，最終確定最優(yōu)鑒別模型;然后，將待測(cè)樣品添加到鑒別模型中進(jìn)行鑒別分析，由于所建鑒別模型能夠?qū)颖具M(jìn)行自動(dòng)類別標(biāo)記，而不需要人為標(biāo)記模型的訓(xùn)練樣本，從而有效的減少了人為標(biāo)記帶來的誤差。研究結(jié)果表明，該模型對(duì)轉(zhuǎn)基因棉花的品種鑒別具有較高的識(shí)別率，為太赫茲光譜技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因棉花品種的鑒別提供了一種簡(jiǎn)單有效的

5、方法。
　　(2)對(duì)光譜特性相似度較高的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)進(jìn)行了識(shí)別分析研究。為改善傳統(tǒng)模式識(shí)別方法的不足，本文提出了一種基于仿生模式識(shí)別——超香腸神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和主成分分析的識(shí)別方法，以典型的轉(zhuǎn)基因棉花、轉(zhuǎn)基因甜菜及其親本為研究對(duì)象，驗(yàn)證該識(shí)別模型的可行性和有效性。首先，利用主成分分析法對(duì)轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的原始太赫茲光譜信息進(jìn)行特征提取，然后，將獲得的特征信息代替原始光譜信息作為超香腸神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入信息，建立轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的識(shí)別模型，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行

6、識(shí)別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能在保證識(shí)別率的同時(shí)，可以有效的對(duì)非同類樣本進(jìn)行拒識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲光譜信息相似的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的鑒別，為太赫茲在轉(zhuǎn)基因生物檢測(cè)上提供了一種更加有效的方法。
　　(3)首次提出了利用特異材料結(jié)合太赫茲光譜技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)基因物質(zhì)進(jìn)行辨別分析。利用特異材料的復(fù)雜邊界條件的特點(diǎn)，制各了一種可以提供負(fù)的磁響應(yīng)的劈裂共振環(huán)(Split Ring Resonator，SRR)結(jié)構(gòu)體系。由于不同物質(zhì)的液體的介電常數(shù)不同，通過在