电子鼻 嗅觉模拟技术之 小组成员： 张鹏 赵泽华 郑义 张源 杨学铭 小组成员： 张鹏 赵泽华 郑义 张源 杨学铭 学号： 13074043 13074051 13074048 13074042 13074046

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目录 1.电子鼻 2.工作原理 3.发展简史 4.特点 5.研究进展 6.发展前景

什么是电子鼻 电子鼻，又称人工嗅觉系统，主要是通过气体传感器和模式识别技术的结合模拟生物嗅觉系统，实现气体检测和识别等功能。主要方法就是以气体传感器模拟生物嗅觉系统中的嗅感受神经细胞，用人工神经网络等模拟嗅球层和僧帽细胞层甚至更深层嗅觉皮层等连接而成的神经回路，用计算机或专用芯片对采集到的信息进行处理，达到识别气体或气味的目的。

由上述定义可见，电子鼻系统至少应包含以下部分：气体传感器阵列，信号预处理单元，模式识别算法。 1994年,学术界给电子鼻下了如下的定义：电子鼻是一个由具有部分专一性的传感器阵列，结合相应的模式识别算法构成的系统，用于识别单一成分或复杂成分的气体或气味。 由上述定义可见，电子鼻系统至少应包含以下部分：气体传感器阵列，信号预处理单元，模式识别算法。

工作原理 某种气味呈现在一种活性材料的传感器而前，传感器将化学输入转换成电信号，由多个传感器对一种气味的响应便构成了传感器阵列对该气味的响应谱。显然，气味中的各种化学成分均会与敏感材料发生作用，所以这种响应谱为该气味的广谱响应谱。为实现对气味的定性或定量分析，必须将传感器的信号进行适当的预处理(消除噪声、特征提取、信号放大等)后采用合适的模式识别分析方法对其进行处理。理论上，每种气味都会有它的特 征响应谱，根据其特征响应谱可区分小同的气味。同时还可利用气敏传感器构成阵列对多种气体的交叉敏感性进行测量，通过适当的分析方法，实现混合气体分析。

电子鼻识别气味的主要机理是在阵列中的每个传感器对被测气体都有不同的灵敏度，例如，一号气体可在某个传感器上产生高响应，而对其他传感器则是低响应，同样，二号气体产生高响应的传感器对一号气体则不敏感，归根结底，整个传感器阵列对不同气体的响应图案是不同的，正是这种区别，才使系统能根据传感器的响应图案来识别气味。

发展简史 1964年，Wilkens和Hatman利用气体在电极上的氧化—还原反应对嗅觉过程进行了电子模拟，这是关于电子鼻的最早报道。 1965年，Buck等利用金属和半导体电导的变化对气体进行了测量，Dravieks等则利用接触电势的变化实现了气体的测量。 1987年，在英国Warwick大学召开的第八届欧洲化学传感研究组织年会是电子鼻研究的转机.在本次会议上，以Gardner为首的Warwick大学气敏传感研究小组发表了传感器在气体测量方而应用的论文，重点提出了模式识别的概念，引起了学术界广泛的兴趣。

1989年，北大西洋公约研究组织专门召开了化学传感器信息处理高级专题讨论会，致力于人工嗅觉及其系统设计这两个专题。 1991年8月，北大西洋公约研究组织在冰岛召 　　开了第一次电子鼻专题会议。电子鼻研究从此得到快速发展。 1994年，Gardne:发表了关于电子鼻的综述性文章，正式提出了“电子鼻”的概念，标志着电子鼻技术进入到成熟、发展阶段。

1994年以来，历经十余年的发展，电子鼻的研究取得了突飞猛进的进展。目前对于电子鼻的研究主要集中在传感器及电子鼻硬件的设计、模式识别及其理论、电子鼻在食品、农业、医药、生物领域的应用、电子鼻与生物系统的关系等方而。其中传感器及电子鼻硬件的设计和电子鼻在食品及农业领域的应用是电子鼻研究中的热点。

特点 电子鼻技术响应时间短、检测速度快，不像其它仪器，如气相色谱传感器、高效液相色谱传感器需要复杂的预处理过程；其测定评估范围广，它可以检测各种不同种类的食品；并且能避免人为误差，重复性好；还能检测一些人鼻不能够检测的气体，如毒气或一些刺激性气体，它在许多领域尤其是食品行业发挥着越来越重要的作用。并且目前在图形认知设备的帮助下，其特异性大大提高，传感器材料的发展也促进了其重复性的提高，并且随着生物芯片、生物技术的发展和集成化技术的提高及一些纳米材料的应用，电子鼻将会有更广阔的应用前景。

电子鼻系统在以下几个方面模拟了人的嗅觉功能： (1)将性能彼此重叠的多个气体传感器组成阵列，模拟人鼻内的大量嗅觉感受器细胞，借助精密测试电路，得到对气体瞬时敏感的阵列检测器； (2)气体传感器的响应经滤波，A/D转换后，应用特征信息提取技术将对研究对象而言的有用成分和无用成分加以分离，得到多维有用响应信号的数据处理器。 (3)利用多元数据统计分析方法，神经网络方法和模糊方法将多维响应信号转换为感官评定指标值或组成成分的浓度值，得到被测气味定性、定量分析结果的智能解释器。

研究进展 英国柴郡克鲁城镇的欧斯米泰克公司成功地开发出了电子鼻，试验表明，它能“嗅”出侵蚀病人皮肤伤口的细菌，提醒医生及时采取相应措施。 他研究的电子鼻是由32个不同的有机高分子感应器组成的矩阵，对各种挥发性化合物散发的气味十分敏感，化合物不同，则反应不同。通常，细菌生长时会发出化学气味，电子鼻接触气味后，每个感应器的电阻会各自发生变化。由于每个感应器对应一种不同的化学物质，因此32种各不相同的电阻变化组成的格式便分别代表了不同气味的指纹。

嗅觉革命 我们通常把自己拥有嗅觉看作是理所当然的事情。实际上，能够识别和区分各种气味的嗅觉系统是一项由一亿多个嗅觉感应细胞参与的庞大工程。一个由沃里克大学和兰开斯特大学合作建立的研究小组正在进行一项极具挑战性的研究——用电子鼻模仿人类嗅觉。他们希望仿制出人类的鼻腔黏液，这样就能让现有电子鼻的嗅觉功能大大提高。 现有的电子鼻识别气味的原理与动物鼻子差不多，但它们的感应器一般都不超过50个。这意味着其所能识别的气味种类很少。它们通常被用作食品工业的质量监测器或宾馆中的预警装置。

动物的鼻腔表面有一层薄薄的黏液。它可以分解各种气味。由于各种气味细胞到达嗅觉神经的速度不同，人类就根据其中的时间差异辨别各种各样的气味。 沃里克——兰开斯特研究组用一种聚合物仿制出了这种黏液，并把它应用在电子鼻上区分各种气味的细胞。他们用一些混合物对其进行测试，发现这种黏液大大提高了电子鼻的性能。现在电子鼻可以区分牛奶和香蕉的味道了，以前这一点是很难作到的。

英国柴郡克鲁城镇的欧斯米泰克公司成功地开发出了电子鼻，试验表明，它能“嗅”出侵蚀病人皮肤伤口的细菌，提醒医生及时采取相应措施。 他研究的电子鼻是由32个不同的有机高分子感应器组成的矩阵，对各种挥发性化合物散发的气味十分敏感，化合物不同，则反应不同。通常，细菌生长时会发出化学气味，电子鼻接触气味后，每个感应器的电阻会各自发生变化。由于每个感应器对应一种不同的化学物质，因此32种各不相同的电阻变化组成的“格式”便分别代表了不同气味的“指纹”。

为了实现对人的嗅觉功能三个方面的模拟，伤口感染电子鼻系统需要由以下几个部分组成：

试验表明，电子鼻只需要数小时便可发现是否有细菌存在。而过去采用实验室化验的方法，通常1至3天才能得到结果。

发展前景 研究人员相信电子鼻将可能对寻找伤口MRSA和其他细菌的方式带来革命性变化。MRSA是指这样一类细菌，它们对日益普及的抗生素疗法具有抵抗能力。此外，电子鼻技术还可以用于检查其他部位的感染，帮助病人早发现，早治疗。

研究发现，美国航天局用来监测国际空间站和航天飞机内某种气体成分的电子鼻，还可以用来检测大脑癌细胞。这种名为“Enose”的电子鼻是由美国航天局喷气推进实验室研发的，设计目的是用它探测航天飞机和国际空间站出现的微量的氨渗漏问题。 一个由神经外科、癌症以及航天领域专家组成的研究小组，在利用这种电子鼻研究大脑癌细胞转移时发现，电子鼻能够区分健康细胞和癌细胞的不同“味道”，从而使医务人员能准确判定癌细胞群的具体位置，避免其与周围健康细胞发生混淆。 ENOSE便携式气体检测仪

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在1993年，Pearce等人就首次把传感器应用在啤酒检测上，实验室制造的由12个有机导电聚合物传感器组成的系统检测了3种近似的商品酒，有2种是酿造后再贮存的啤酒，还有1种是淡色啤酒，结果表明：这3种啤酒很容易被鉴别，而且还很快鉴别出一种人为感染的啤酒和未被感染的酒。

检测癌症 以色列科学家研发出“电子鼻”（electronic nose），只要通过简单的呼吸测试，就可以查出罹患了肺、乳腺、肠和前列腺癌的病人。 研究小组发现，这种检测化学物质改变的传感器不仅能分辨出健康人和恶性肿瘤病患的呼吸，还能查出这四种常见的肿瘤。 虽然还需要更多工作来完善这项检测技术，但初步成功已经给开发一种便宜、易于使用和携带的早期癌症诊断技术带来了希望。 以色列理工学院的库藤说：“如果能通过大规模试验证实早期研究的成果，呼吸检测将和成像技术一样，变成早期癌症诊断的方便手段。” 库藤和同事对177人——包括健康者和不同癌症的患者进行了呼吸检测，要查出癌细胞生长时其表层散发出的不同化学物质。 他们的研究发表在英国《癌症》杂志上。而该研究所去年就发现，用黄金纳米粒子制造的传感器，能够通过呼吸测试查出肺癌。

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