嗅覺組織生物傳感器及其信號處理.pdf

1、人類或動物的嗅覺系統(tǒng)是一個高度復雜、極其靈敏的感覺系統(tǒng)，能夠區(qū)分上千種不同的氣味。仿生嗅覺研究可以幫助我們更深入理解生物嗅覺感受過程和生物嗅覺機理?；谛嵊X細胞的生物電子鼻能夠用于實現(xiàn)嗅覺芯片的仿生設計。剝離的嗅黏膜組織保持了相對完整的嗅覺功能結構，用嗅黏膜組織作為感受元件，更接近在體環(huán)境。本文研究的主要目的是將嗅黏膜組織與微傳感器芯片，包括光尋址電位傳感器(light-addressable potentiometric sensor

2、, LAPS)、微電極陣列(microelectrode arrays, MEA)芯片結合，仿生設計一個新型的嗅覺組織生物傳感器芯片，以便用于環(huán)境氣味監(jiān)測和藥物分析研究。
　　 首先，根據(jù)嗅黏膜對氣味刺激的響應原理及-LAPS和MEA芯片的測試原理，分別構建嗅黏膜組織-LAPS生物傳感器和嗅黏膜組織-MEA生物傳感器的界面模型，重點分析了嗅黏膜組織-LAPS界面耦合模型并對其進行仿真分析，從理論上研究嗅覺組織生物傳感器檢測嗅覺感

3、受細胞自發(fā)放電和對氣味刺激響應的可行性。其次，利用LAPS信號測試系統(tǒng)和MEA信號測試系統(tǒng)，設計實驗，檢測生物信號，包括自發(fā)的以及乙酸和丁二酮刺激下的響應信號。最后，利用信號處理方法對采集到的信號進行分析處理，進而提取有用信號用于嗅覺組織生物傳感器特性的研究，檢測基于嗅覺組織的生物傳感器芯片對不同氣味的響應特性。
　　 傳感器檢測到的嗅覺感受神經(jīng)元發(fā)放信號多樣，既有單個神經(jīng)元活動的峰電位(spike)信號，又有電極附近局部神經(jīng)元

4、群體同步放電形成的局部場電位(local field potentials, LFP)信號，且夾雜著噪聲信號。針對信號分析的不同目的，采用頻譜分析方法區(qū)分spike和LFP；小波變換可同時進行信號時空頻率的局部化分析，利用小波分析對采集到的信號進行去噪處理；利用相關性分析法，分析MEA多通道記錄信號之間的相互關系和區(qū)別；采用主成分分析(principalcomponent analysis, PCA)實現(xiàn)信號聚類，達到嗅覺組織生物傳感器