基于苦味受体表达的多组织细胞传感器及其应用

非口腔组织中的苦味受体(TAS2Rs)可能成为相关疾病治疗的新靶点。 该研究将表达有 TAS2Rs 的细胞作为敏感元 件,根据其生理特性与不同的传感器耦合,探究了味觉受体异位表达及其在个性化药物筛选中的应用,构建了针对不同疾病模 型的个性化药物筛选平台。 首先,基于细胞阻抗传感器以及内源性表达 TAS2R38 受体的结肠癌细胞,开发了异硫氰酸酯类物 质特异性药物筛选平台,求得苯硫脲的 EC50 为 157. 6 μM;其次,结合微电极阵列检测系统,探究了 TAS2Rs 激动剂地芬尼多 (5~ 160 μM)和水杨苷(0. 001~ 100 μM)对心肌细胞收缩的抑制作用;此外,基于 3D 呼吸道平滑肌细胞 (ASMCs) 阵列,结合凝 胶成像系统,探究了 TAS2Rs 激动剂桔皮素(20 μM)对呼吸道平滑肌细胞的舒张作用。     

基于植入式脑机接口的在体生物电子鼻研究进展

气味检测在食品安全控制、环境检测、缉毒、炸药搜索等社会安全防范方面起到重要作用。哺乳动物具有异常高灵敏的嗅觉系统,能检测到空气中极其痕量的气体分子,在缉毒、搜爆、反恐等社会防范方面发挥着重要的作用。本课题组提出了一种新型的基于植入式脑机接口的在体生物电子鼻:利用哺乳动物的嗅上皮作为初级气味感受器,气味信息通过嗅球和嗅皮层修饰处理后,将植入式微电极阵列包埋于嗅球或嗅皮层记录其响应信号,通过对记录到的神经元信号进行分析解码,实现气味检测与识别。本文重点介绍了在体生物电子鼻的原理、组成结构、技术实现、应用等,最后,对该领域的发展趋势进行了展望。     

基于脑-机接口和嗅觉解码的仿生气味识别系统

为了探讨利用生物嗅觉传感系统进行气味识别的可行性,提出了一种基于脑-机接口的仿生气味识别系统。该系统利用大鼠嗅觉感受细胞作为气味敏感传感单元,使用16通道植入式微丝电极记录和分析具有气味刺激特征的嗅球僧帽细胞电位响应信号。实验结果显示,该系统对气味具有高度敏感性,通过一定模式识别处理算法,不同的气味刺激具有较好的区分性,证明了该系统有望应用于气味的检测和识别。     

高灵敏和高特异性生物嗅觉传感系统研究

利用微电极植入技术,提出了一种新型的生物嗅觉传感系统,将多通道植入式微电极包埋于大鼠嗅球中,提取出嗅球神经元的气味响应信息。通过分析神经元响应活动从而进行气味检测与区分,发现该系统能够长期稳定地用于气味检测,且灵敏度达到10-10 mol/L。在单分子气味或自然气味检测中,该系统都具有很高的特异性。因此,该系统在实际气味检测(如肺癌呼出气体标志物检测、食品新鲜度检测、爆炸物搜索等)领域具有广泛的应用前景。     

基于Wi-Fi技术的穿戴式动物嗅觉机器人

基于Wi-Fi技术的动物嗅觉机器人通过对记录的大鼠嗅觉神经元信号进行分析解码,实现气味检测与识别。本嗅觉机器人由大鼠和穿戴式动物神经记录系统组成;其中穿戴式动物神经记录系统包括前置探头、动物背包和用户软件,采用IEEE 802.11g网络协议,最大数据传输率为54 Mbit/s,可同步记录8通道嗅觉神经数据。计算机或iPad对采集的大鼠嗅觉神经信号进行实时的显示和记录,并使用主成分分析法( PCA)对记录到的数据进行离线分析,实现气味识别。     

基于在体植入电极的生物嗅觉传感系统设计及其气味识别

目前生物嗅觉系统在气味识别方面相比于化学传感器阵列构成的电子鼻系统具有更高的灵敏度、特异性和响应速度。为了探讨生物嗅觉传感系统气味识别的可行性,构建了基于微电极阵列传感器植入大鼠嗅球构成的嗅觉传感系统,研究记录了浓度为10 mM的异丁醇、苯甲醚、香芹酮和柠檬醛4种气味刺激引起的嗅球僧帽层低频场电位信号,采用多窗谱估计算法和移动窗技术结合得到随时间分布的功率谱密度图。实验结果发现气味刺激后信号功率谱能量较多分布在gamma频段(40 Hz～120 Hz)。使用K最邻近分类方法对120组数据进行分类识别,4种气味分类正确率达到77.4%。实验结果表明该嗅觉传感系统结合多窗谱估计时频图与K最邻近分类算法可以初步实现气味识别。