項目名稱：    人工嗅覺與人工味覺的基礎研究

推薦單位：    教育部

項目簡介：    本項目屬信息科學電子學領域生物電子學和敏感電子學專業。

1993年以來，在7項國家自然科學基金、4項國家自然科學基金國際合作項目及國家教育部博士點基金和國家博士后科學基金等連續支持下，開展了嗅覺與味覺電生理建模和仿真、嗅覺與味覺細胞傳感器特性分析、嗅覺和味覺圖像傳感器及氣味和離子圖象檢測方法、電子鼻用于呼吸氣味診斷疾病及電子舌用于藥物檢測等一系列理論和實驗研究。

該研究為發展人工嗅覺和人工味覺作了開創性工作，在國際上產生了重要的影響。國際生物傳感器和與生物電子學雜志《Biosensors & Bioelectronics》主編、英國Cranfield大學校長A.P.Turner教授、國際化學傳感器會議前任主席、生物傳感器與生物電子學專家、美國西方儲備大學愛迪生傳感器實驗室主任C.C.Liu教授、美國加州理工學院電子鼻知名專家N.S.Lewis教授、國際著名電子舌專家、俄羅斯圣彼得堡大學化學傳感器實驗室主任Vlasov教授以及日本九州大學H.Toko教授等對該研究給予很高評價。

《Biosensors & Bioelectronics》主編A.P.Turner教授邀請王平教授參加編寫由他主編的專著《Advances in Biosensors》中"嗅覺與味覺生物傳感器系統"一章。科學出版社出版了我們的專著《人工嗅覺和人工味覺》。該書是該領域國際上第一部學術專著獲得國家自然科學基金委優秀學術專著出版基金資助，受到國內外學者好評。2006年《人工嗅覺與人工味覺》專著由科學出版社批準再版。同時將由科學出版社出版《人工嗅覺和人工味覺》的英文版專著。2005年獲中國科學院優秀著作出版基金資助，由科學出版社出版我們的專著《細胞傳感器原理及其應用》。

該項目共發表論文160余篇，其中SCI收錄48篇、EI收錄50篇、SCI他人引用109次、國家發明專利5項、國際會議特邀報告5次，國際會議論文獎勵 4次。專家鑒定認為，該成果達國際先進和領先水平。

主要發現點：  1. 首次提出了嗅覺和味覺細胞傳感器設計思想。采用計算機仿真、動物實驗和嗅覺與味覺細胞傳感器，建立了嗅覺和味覺感受器的細胞電子學模型，進一步揭示了生物嗅覺和生物味覺細胞的敏感機理和獲得了嗅覺和味覺細胞一些重要電子學特性，為正確建立人工嗅覺與人工味覺結構和模型奠定了基礎。該發現點屬生物電子學學科，對應代表論著1、2及附錄三-1、3等。

2. 提出了柔性電子鼻和混沌電子舌的原理和實驗模型，模擬嗅覺和味覺細胞的特點，采用傳感器和模式識別技術實現了嗅覺傳感器陣列的柔性設計和味覺傳感器的混沌響應特性，這一發現推動了人工嗅覺和人工味覺的進一步發展。該發現點屬于生物電子學和敏感電子學學科，對應代表論著2、3等。

3. 首次提出了嗅覺和味覺信號傳導和處理的柔性人工神經網絡和融合技術原理模型，在國際上首次將信息融合技術應用到人工嗅覺和人工味覺系統中。實現了嗅覺和味覺信息融合并將其用于實際應用。該發現點屬生物電子學和敏感電子學學科，對應主要代表論著3、4等。

4. 首次提出了嗅覺和味覺圖像傳感器的設計方法，發明并建立了嗅覺和味覺圖象快速檢測的實驗系統。實現了嗅覺氣味響應和味覺離子圖象的快速檢測，發明并建立了嗅覺氣味和味覺細胞胞外離子和細胞內分子的光學圖象快速檢測的實驗系統。該發現促進了人們對嗅覺和味覺圖象的認識。該發現點屬于生物電子學和敏感電子學學科，對應主要代表論著6、7等。

5. 提出了電子鼻呼吸氣味診斷疾病的方法，明確了糖尿病、肺癌與呼出氣味的相關性。首次發現了肺癌細胞代謝氣體與呼出氣體的相關性。這一發現開拓了人工嗅覺在呼吸診斷中新的應用領域，也為傳統中醫嗅診方法提供了理論基礎和促進其診斷手段的科學化。該發現點屬生物電子學和敏感電子學學科，對應主要代表論著5、9以及附錄四-2、3等。

6. 提出了多種參數同時檢測的多功能細胞微生理計，首次提出了細胞傳感器進行中藥的快速檢測的方法。該發現推動了人工味覺的發展，開拓了人工味覺在生物醫藥中新的應用領域。該發現點屬生物電子學學科，對應主要代表論著8、10以及附錄五-1、3等。

主要完成人：  1.   王平

本項目負責人，負責項目的總體學術思想、制定技術路線和研究方案。投入該項研究的工作量占本人工作量的60%以上。

主要貢獻在：

發現點1：提出了生物嗅覺與味覺細胞的電學模型和嗅覺與味覺細胞傳感器的設計思想；

發現點2：首次提出了柔性電子鼻和發展了混沌電子舌的設計思想；

發現點3：首次提出了嗅覺與味覺信息融合的設計思想；

發現點4：提出了嗅覺與味覺圖像傳感器的設計思想，實現了嗅覺和味覺圖像的快速檢測；

發現點5：提出了糖尿病、肺癌與呼出氣味相關性，首次發現了肺癌細胞代謝氣體與呼出氣體相關性；

2.   劉清君

提出了嗅覺模型及其嗅覺細胞傳感器的設計思想。投入該項研究的工作量占本人工作量的60%以上。

主要貢獻在：

發現點1：提出了生物嗅覺細胞的電學模型和嗅覺細胞傳感器的設計思想；

發現點5：提出了肺癌細胞代謝氣體與呼出氣體相關性；

發現點6：提出了細胞微生理計已經味覺細胞傳感器用于藥物的檢測方法；

3.   李蓉

生物嗅覺與生物味覺細胞機理研究和動物實驗。投入該項研究的工作量占本人工作量的70%以上。

主要貢獻在：

發現點1：完成了嗅覺與味覺的動物實驗，獲得了生物嗅覺與味覺的一些重要電學特性；

發現點3：提出了嗅覺與味覺信息融合檢測技術的方法；

發現點5：提出了細胞胞外離子檢測的方法并完成了檢測實驗；

4.   嚴偉民

投入該項研究的工作量占本人工作量的40%以上。

主要貢獻在：

發現點1：在細胞水平上分析了氣味和味覺物質作用于嗅覺和味覺細胞的響應機理。

發現點6：提出了多種參數同時檢測的多功能細胞微生理計，并將其應用到中藥的快速檢測；

5.   鄭筱祥

總體方案的制定和技術指導。投入該項研究的工作量占本人工作量的30%以上。

主要貢獻在：

發現點4：發明并建立了細胞胞內分子的光學圖象快速檢測方法和實驗系統。；

發現點6：提出了細胞電生理模型的改進方案，建立了細胞外分析細胞生理參數的方法。

10篇代表性論文：  1.   Advance in Biosensors, Volume 4: Olfactory and taste biosensor system (英文專著)，JAI PRESS INC. USA, 139-151

2.   人工嗅覺與人工味覺 (中文專著)，科學出版社

3.   A novel recognition method for electronic nose using artificial neural network and fuzzy recognition，SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL 37 (3): 169-174

4.   A novel method for wine analysis based on sensor fusion technique，SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL 66 (1-3): 246-250

5.   A novel method for diabetes diagnosis based on electronic nose，BIOSENSORS & BIOELECTRONICS 12 (9-10): 1031-1036

6.   Direct nitric oxide imaging in cultured hippocampal neurons with diaminoanthraquinone and confocal microscopy，CELL BIOLOGY INTERNATIONAL, 25 (7): 593-598

7.   The development of taste transduction and taste chip technology，Chinese Science Bulletin, 50 (14): 1415-1423

8.   A novel microphysiometer based on MLAPS for drugs screening, BIOSENSORS & BIOELECTRONICS 16: 277-286

9.   Diagnosis of diabetes by image detection of breath using gas-sensitive laps，BIOSENSORS & BIOELECTRONICS 15 (5-6): 249-256

10.  A flow cytometry-based assay for quantitative analysis of cellular proliferation and cytotoxicity in vitro，JOURNAL OF IMMUNOLOGICAL METHODS, 268 (2): 179-188