基于嗅觉模型的电子鼻仿生信息处理技术研究进展

受生物嗅觉原理的启发, 将现代传感技术、电子技术和模式识别技术等紧密结合研制成的新颖仿生检测仪器——电子鼻已经在许多领域引起了广泛重视. 生物嗅觉基础研究的成果与计算神经科学交融, 又进一步丰富了人工嗅觉理论, 促进了电子鼻的发展. 文中综述和比较了生物嗅觉与人工嗅觉的信息处理原理, 概述了几种嗅觉模型在电子鼻仿生信息处理中的应用现状, 并结合作者的研究工作, 着重介绍了一种混沌嗅觉神经网络及其学习规则和时空动力学特性应用于电子鼻的研究进展和前景展望. 将生物嗅觉的各种现象、机理融入到电子鼻信息处理技术中, 不仅增强了电子鼻的仿生概念, 而且在气味识别中能更接近生物嗅觉的优良性能, 但是也面临许多问题有待技术界和理论界协力解决.     

利用动物嗅觉诊断癌症技术的研究进展

肺癌是威胁人类生命健康最主要的恶性肿瘤之一,实现无创、快速的早期肺癌诊断技术对提高患者的生存率有重要的意义.大量研究结果表明,癌症患者的人体代谢气味,如呼出气体、体液以及排泄物中含有健康人不具有的特异性挥发气体.哺乳动物能够辨别并记忆约一万种不同的气味,部分具有异常高灵敏嗅觉系统的哺乳动物能检测到空气中极其痕量的气体分子.因此,动物的嗅觉在缉毒、搜爆、反恐等社会防范方面发挥着重要的作用.目前,国外学者研究发现哺乳动物能够正确区分癌症患者与健康人的代谢气体,并证明了用哺乳动物检测人体呼出气体从而实现肺癌诊断的可行性.本文首先分析了目前肺癌呼出气体的诊断方法,包括气相色谱-质谱联用方法和正在发展中的仿生电子鼻检测方法,在此基础上,本文重点介绍了基于动物嗅觉进行呼出气体检测诊断肺癌的研究现状,并结合我们实验室进行的利用动物嗅球在体检测气味诊断肺癌的研究工作,介绍了基于动物嗅觉检测肺癌的"在体生物电子鼻"研究进展,最后对该领域的发展趋势进行了展望.     

有嗅觉功能的机器人

有嗅觉功能的机器人世界上有能看的机器人，有能听的机器人，甚至有的机器人还能说话。现在，澳大利亚的工程师们制造了一个有嗅觉功能的机器人。这个机器人是布里斯班的格里飞斯大学微电子工程学院的工程师们研制的，设计方面在机器人上安装了“电子鼻”，也可说是“能嗅...     

科技发现

江西“神洞”发现世界新昆虫，母亲育龄影响女儿生育能力，模仿虫子嗅觉 “电子鼻”将上市，-73℃下产生光子成现实，专家解开癌细胞扩散原理，首例人造肝脏英国问世。[编者按]     

Wolbachia感染显著提高果蝇的嗅觉反应

以拟果蝇Drosophila simulans为研究对象, 采用嗅觉陷阱并结合T-迷宫法测定了Wolbachia感染对果蝇嗅觉反应的影响. 同时, 采用定量PCR方法, 研究了果蝇嗅觉反应能力与其体内Wolbachia的密度和4个嗅觉相关基因表达的关系. 结果表明, Wolbachia感染能够显著提高果蝇的嗅觉反应能力, 表现为寻找食物的时间缩短, 被陷阱捕获的百分比增大, 对气味更加敏感. 随着嗅觉反应时间的延长, 果蝇体内的Wolbachia密度呈减少的趋势. 15日龄果蝇体内的i密度, 在不同嗅觉反应时间的果蝇体内存在显著差异, 果蝇体内Wolbachia的密度越高, 嗅觉反应能力越强. 嗅觉反应能力强的果蝇, 其体内嗅觉受体基因or83b的表达量显著高于嗅觉反应能力差的果蝇. 结果表明, Wolbachia可能通过调节宿主嗅觉相关基因的表达, 从而提高宿主的嗅觉反应能力.     

电子鼻:未来的疾病诊断专家

2050年,你可能每个月定期会做一次体检.但这时,你已不再需要做包括静脉穿刺采血等各种痛苦而烦琐的检查,也不需要等待一周才能看到你的血液检测结果.你只要坐着不动,从你口鼻中呼出的,或从你的体内释放出来的挥发性分子会慢慢进入复杂的人工智能仪器,它就是被称为"深鼻"的未来的电子鼻"医生"."深鼻"对收集到的人体发出的气体分子进行分析,并将其与庞大的嗅觉数据库进行比较,将气味与导致这些气味产生的各种病症进行对比匹配,生成并打印关于你的健康状况的诊断结果.医生会根据检查结果,制订相应的治疗方案或进行药物调整.     

电子鼻:未来的疾病诊断专家

2050年,你可能每个月定期会做一次体检.但这时,你已不再需要做包括静脉穿刺采血等各种痛苦而烦琐的检查,也不需要等待一周才能看到你的血液检测结果.你只要坐着不动,从你口鼻中呼出的,或从你的体内释放出来的挥发性分子会慢慢进入复杂的人工智能仪器,它就是被称为"深鼻"的未来的电子鼻"医生"."深鼻"对收集到的人体发出的气体分子进行分析,并将其与庞大的嗅觉数据库进行比较,将气味与导致这些气味产生的各种病症进行对比匹配,生成并打印关于你的健康状况的诊断结果.医生会根据检查结果,制订相应的治疗方案或进行药物调整.     

首次揭示嗅觉感受器的隐秘工作机制

正科研人员终于看到某些嗅觉感受器(又称嗅觉受体)是如何与气味分子结合的。这项研究工作使得我们对这些最为神秘和多能的感官有了全新的洞察。触角(譬如图中显示的果蝇触角)上的受器赋予昆虫敏锐的气味嗅探能力,昆虫要生存下去需要有这种能力。嗅觉至今仍然是我们了解得最少的感官,但最新研究已经揭晓了某些昆虫感觉过程的关键部分     

空气中的臭味与香味

正人类嗅觉基因有1000多种,它们位于鼻子上皮上端的嗅觉受体细胞之内,每个嗅觉受体只对一种或几种气体特别敏感。而嗅觉比较灵敏的法国调香师每天最多能分辨出1000多种气味。这远远比不上有些动物,像猫和狗就能识别和记忆4万～5万种气味。气味的种类太多,在气味物质的分类法中,被公认的是采取香、臭的分类方式,即好闻的曰"香",不好闻的曰"臭"。然而,日常生活中,它们却始终陪伴在我们左右。对于香臭这对"小兄弟",你有多少了解呢?     

仿生嗅觉感知技术及其在嗅觉障碍疾病筛查中的研究进展

嗅觉障碍是多种疾病的早期症状,如新型冠状病毒感染的症状之一是嗅觉丧失,阿尔茨海默病和帕金森病患者通常伴有嗅觉降低或丧失.研究基于嗅觉功能检测的早期疾病筛查和诊断技术对控制患者病情、改善人类健康具有重要意义.目前嗅觉功能障碍的检测与评价方法尚不能有效地筛查和诊断各类嗅觉障碍相关疾病,而仿生嗅觉感知技术在模拟人类嗅觉感知系统方面具备一定的灵敏度、选择性和准确度,因此在嗅觉障碍相关疾病筛查中具有广阔的应用前景.本文介绍了目前国内外嗅觉功能障碍相关疾病的研究现状,分析了仿生嗅觉感知技术的原理及其在嗅觉障碍与疾病相关性检测与诊断中的研究进展.随着生物医学工程领域多学科交叉融合的发展,细胞网络芯片、类器官仿生芯片以及脑机交互技术的转化应用将促进仿生嗅觉感知技术在嗅觉障碍相关疾病研究中的发展以及临床疾病诊断技术的革新.     

嗅觉的研究与利用

人的嗅觉十分敏锐,比味觉高1万倍,可能与视觉、听觉一样灵敏。人对气味的感受,与性别、年龄、习惯、教养、种族等因素有关。女性的嗅觉比男性强,年轻人比老人强,农村人比都市人强,聋哑人比普通人强。个别盲人单靠嗅觉就可辨识几步之外的熟人是张三还是李四,经过训练的人能觉察和分辨出5000种不同的气味。时间一长,再强烈的气味,鼻子也会淡漠。"入芝兰之室,久而不闻其香"。热带地区,气温高,很多东西都带有比较强的气味,但当地人已经适应;要是寒带的人突然到了热带地区,一定会有不少气     

人和仪器,谁的嗅觉更了得

<正>她因嗅觉极其灵敏而苦恼,她也因此获得全世界最悠闲的工作。但好景不长,以色列,人发明的"人造鼻子"——纳米传感器,让她面临失业的风险。今年38岁的纽约职场女性珍妮特·琼斯,已经记不清她灵敏的嗅觉给自己和朋友带来多少窘迫和尴尬了。比如,同事在办公室给大家分发巧克     

天下第一鼻

有些动物嗅觉非常灵敏,把化学物苯甲乙酸稀释到10万亿分之一后,倒入河中,照样能把鱼儿吓跑,在3500立方公里的湖水中,滴入1克酒精。可以说,这是"沧海一粟"了。但是,鳗鱼仍能嗅出酒精的气味。其实,人的嗅觉也是十分灵敏的。"鼻子探测器"蒙古有位地质工作者,他的嗅觉十分奇特,能够闻出什么地方有水。近30年来,他已用鼻子探测出800多眼地下泉水,而且是百发百中,无一失误。于是,人们给他取了个雅号:"鼻子探测     

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.     

动物侦探

人类常常自诩为自然界中最高等的动物,然而科学研究已经表明,人类在大脑进化的同时,其身体的其他机能如嗅觉、听力、反应能力等却在逐步退化,相比之下,很多动物则拥有非同一般的嗅觉、听力、反应等能力。正是因为动物的这些人所不及的“一技之长”,使得人类在制止违法犯罪方面常求助于某些动物。     

鸽子的航行是凭借嗅觉吗?

对家鸽何以具有给人以深刻印象的辨向能力的根源所进行的探究,已经发生了最奇异的变化。过去四年里在西德思威森(Seewiesen)的麦克斯·普兰克(Max Planck)生态学院所进行的工作似乎证实了一个十二年前第一次提出来的让人听起来觉得不大可能的理论——那就是:鸟类凭借嗅觉可以找到它们的归途。没有人能够知道鸟类究竟嗅觉到了什么、以及它们是怎样利用嗅觉来辨识飞行方向的。负责这项研究工作的汉斯·华尔拉夫(HansWallraff)所能断言的也仅仅是:失去嗅觉的鸽子     

气味如何影响我们

在伦敦中央公园，双眼被蒙着的记者四肢着地，似乎在地上摸索着什么，过路的人们还以为这个人趴在地上寻找掉落的隐形眼镜。他在做什么呢？他正在做一件古怪的事情——尝试利用自己的嗅觉能力追踪肉桂油在10米之内留下的踪迹，就像猎犬利用其超强的嗅觉能力捕捉野鸡留下的踪迹一样。     

今天的电子鼻

人的各种感觉都正在被模仿,电子眼和电子耳已出现几年了,一些机器人具备了初步的触觉器官,现在又出现了电子鼻。在过去的几年里出现过几种具有竞争力的电子鼻,分别出自英国的阿罗马公司尼罗克分公司和布拉得公司,这些都是世界嗅     

结合光遗传神经调控技术的仿生嗅觉传感系统的研究进展

嗅觉系统是一个极其巧妙的化学感受器,嗅感觉神经元对外界的气味刺激产生响应,然后将此信号传递到嗅球进行信号的整合和处理,最终传递到嗅皮层,嗅皮层作为嗅感觉系统的最高级皮层识别出气味信息,这种响应和传递过程具有高度的灵敏性、特异性和快速性.光遗传学是近年来国际上一个新的发展方向,通过光控制神经细胞可诱发细胞按照某一特定频率发放.仿生嗅觉传感器是一种新型化学传感仿生技术,它以嗅觉受体、细胞、组织等生物材料为敏感元件,结合二级变换器实现对气味物质的特异性和高灵敏的检测,从而达到类似生物体嗅觉的检测性能,将其与光遗传技术结合,可以更深入研究仿生嗅觉系统传递的机制.本文概述了近年来国际上光遗传技术在嗅觉机制研究中的研究进展,并结合光遗传在仿生嗅觉传感技术的研究和我们的研究工作,展望了未来该领域可能的发展前景.     

苜蓿盲蝽气味结合蛋白AlinOBP3的克隆、表达及结合特性分析

有证据表明,气味结合蛋白(odorant binding proteins,OBPs)在昆虫的嗅觉识别中是必需的,起着运输外界脂溶性气味分子通过嗅觉感器淋巴液到达嗅觉受体(olfactory receptors,ORs)的关键作用.克隆和表达了一个新的苜蓿盲蝽气味结合蛋白(AlinOBP3),采用qPCR方法解析了AlinOBP3的表达谱,结果表明,AlinOBP3绝大部分在触角中表达.使用1-NPN作为荧光探针,用荧光竞争结合实验研究了AlinOBP3蛋白和9种棉花挥发物及5种性信息素类似物的结合能力.结果表明,在9种棉花挥发物中,月桂烯、β-罗勒烯、α-水芹烯能够与AlinOBP3相结合,其中α-水芹烯和AlinOBP3的结合能力较强,结合常数为56.68μmol/L.在5种性信息素类似物中,丁酸己酯和AlinOBP3的结合能力最强,结合常数为59.53μmol/L.丁酸丁酯、丁酸反-2-己烯酯、丁酸乙酯和AlinOBP3的结合能力中等,结合常数分别为227.39,108.77及143.47μmol/L.据此推测,AlinOBP3可能是性信息素结合蛋白(pheromone binding protein,PBP)并在感受性信息素和植物挥发物的过程中起着双重作用.