嗅覺(jué)組織生物傳感器及其信號(hào)處理.pdf

1、人類(lèi)或動(dòng)物的嗅覺(jué)系統(tǒng)是一個(gè)高度復(fù)雜、極其靈敏的感覺(jué)系統(tǒng)，能夠區(qū)分上千種不同的氣味。仿生嗅覺(jué)研究可以幫助我們更深入理解生物嗅覺(jué)感受過(guò)程和生物嗅覺(jué)機(jī)理?；谛嵊X(jué)細(xì)胞的生物電子鼻能夠用于實(shí)現(xiàn)嗅覺(jué)芯片的仿生設(shè)計(jì)。剝離的嗅黏膜組織保持了相對(duì)完整的嗅覺(jué)功能結(jié)構(gòu)，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(jié)合，仿生設(shè)計(jì)一個(gè)新型的嗅覺(jué)組織生物傳感器芯片，以便用于環(huán)境氣味監(jiān)測(cè)和藥物分析研究。
　　 首先，根據(jù)嗅黏膜對(duì)氣味刺激的響應(yīng)原理及-LAPS和MEA芯片的測(cè)試原理，分別構(gòu)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(diǎn)分析了嗅黏膜組織-LAPS界面耦合模型并對(duì)其進(jìn)行仿真分析，從理論上研究嗅覺(jué)組織生物傳感器檢測(cè)嗅覺(jué)感

3、受細(xì)胞自發(fā)放電和對(duì)氣味刺激響應(yīng)的可行性。其次，利用LAPS信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)和MEA信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)生物信號(hào)，包括自發(fā)的以及乙酸和丁二酮刺激下的響應(yīng)信號(hào)。最后，利用信號(hào)處理方法對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而提取有用信號(hào)用于嗅覺(jué)組織生物傳感器特性的研究，檢測(cè)基于嗅覺(jué)組織的生物傳感器芯片對(duì)不同氣味的響應(yīng)特性。
　　 傳感器檢測(cè)到的嗅覺(jué)感受神經(jīng)元發(fā)放信號(hào)多樣，既有單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)的峰電位(spike)信號(hào)，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(chǎng)電位(local field potentials, LFP)信號(hào)，且?jiàn)A雜著噪聲信號(hào)。針對(duì)信號(hào)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(shí)進(jìn)行信號(hào)時(shí)空頻率的局部化分析，利用小波分析對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行去噪處理；利用相關(guān)性分析法，分析MEA多通道記錄信號(hào)之間的相互關(guān)系和區(qū)別；采用主成分分析(principalcomponent analysis, PCA)實(shí)現(xiàn)信號(hào)聚類(lèi)，達(dá)到嗅覺(jué)組織生物傳感器