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項目名稱： 人工嗅覺與人工味覺的基礎(chǔ)研究
推薦單位： 教育部
項目簡介： 本項目屬信息科學(xué)電子學(xué)領(lǐng)域生物電子學(xué)和敏感電子學(xué)專業(yè)。
1993年以來，在7項國家自然科學(xué)基金、4項國家自然科學(xué)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(xué)基金等連續(xù)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(xì)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(fā)展人工嗅覺和人工味覺作了開創(chuàng)性工作，在國際上產(chǎn)生了重要的影響。國際生物傳感器和與生物電子學(xué)雜志《Biosensors & Bioelectronics》主編、英國Cranfield大學(xué)校長A.P.Turner教授、國際化學(xué)傳感器會議前任主席、生物傳感器與生物電子學(xué)專家、美國西方儲備大學(xué)愛迪生傳感器實驗室主任C.C.Liu教授、美國加州理工學(xué)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(xué)化學(xué)傳感器實驗室主任Vlasov教授以及日本九州大學(xué)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(tǒng)"一章�？茖W(xué)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(lǐng)域國際上第一部學(xué)術(shù)專著獲得國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀學(xué)術(shù)專著出版基金資助，受到國內(nèi)外學(xué)者好評。2006年《人工嗅覺與人工味覺》專著由科學(xué)出版社批準(zhǔn)再版。同時將由科學(xué)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(xué)院優(yōu)秀著作出版基金資助，由科學(xué)出版社出版我們的專著《細(xì)胞傳感器原理及其應(yīng)用》。
該項目共發(fā)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(fā)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(rèn)為，該成果達(dá)國際先進(jìn)和領(lǐng)先水平。
主要發(fā)現(xiàn)點： 1. 首次提出了嗅覺和味覺細(xì)胞傳感器設(shè)計思想。采用計算機仿真、動物實驗和嗅覺與味覺細(xì)胞傳感器，建立了嗅覺和味覺感受器的細(xì)胞電子學(xué)模型，進(jìn)一步揭示了生物嗅覺和生物味覺細(xì)胞的敏感機理和獲得了嗅覺和味覺細(xì)胞一些重要電子學(xué)特性，為正確建立人工嗅覺與人工味覺結(jié)構(gòu)和模型奠定了基礎(chǔ)。該發(fā)現(xiàn)點屬生物電子學(xué)學(xué)科，對應(yīng)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?zāi)Ｐ停M嗅覺和味覺細(xì)胞的特點，采用傳感器和模式識別技術(shù)實現(xiàn)了嗅覺傳感器陣列的柔性設(shè)計和味覺傳感器的混沌響應(yīng)特性，這一發(fā)現(xiàn)推動了人工嗅覺和人工味覺的進(jìn)一步發(fā)展。該發(fā)現(xiàn)點屬于生物電子學(xué)和敏感電子學(xué)學(xué)科，對應(yīng)代表論著2、3等。
3. 首次提出了嗅覺和味覺信號傳導(dǎo)和處理的柔性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和融合技術(shù)原理模型，在國際上首次將信息融合技術(shù)應(yīng)用到人工嗅覺和人工味覺系統(tǒng)中。實現(xiàn)了嗅覺和味覺信息融合并將其用于實際應(yīng)用。該發(fā)現(xiàn)點屬生物電子學(xué)和敏感電子學(xué)學(xué)科，對應(yīng)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(shè)計方法，發(fā)明并建立了嗅覺和味覺圖象快速檢測的實驗系統(tǒng)。實現(xiàn)了嗅覺氣味響應(yīng)和味覺離子圖象的快速檢測，發(fā)明并建立了嗅覺氣味和味覺細(xì)胞胞外離子和細(xì)胞內(nèi)分子的光學(xué)圖象快速檢測的實驗系統(tǒng)。該發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了人們對嗅覺和味覺圖象的認(rèn)識。該發(fā)現(xiàn)點屬于生物電子學(xué)和敏感電子學(xué)學(xué)科，對應(yīng)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(guān)性。首次發(fā)現(xiàn)了肺癌細(xì)胞代謝氣體與呼出氣體的相關(guān)性。這一發(fā)現(xiàn)開拓了人工嗅覺在呼吸診斷中新的應(yīng)用領(lǐng)域，也為傳統(tǒng)中醫(yī)嗅診方法提供了理論基礎(chǔ)和促進(jìn)其診斷手段的科學(xué)化。該發(fā)現(xiàn)點屬生物電子學(xué)和敏感電子學(xué)學(xué)科，對應(yīng)主要代表論著5、9以及附錄四-2、3等。
6. 提出了多種參數(shù)同時檢測的多功能細(xì)胞微生理計，首次提出了細(xì)胞傳感器進(jìn)行中藥的快速檢測的方法。該發(fā)現(xiàn)推動了人工味覺的發(fā)展，開拓了人工味覺在生物醫(yī)藥中新的應(yīng)用領(lǐng)域。該發(fā)現(xiàn)點屬生物電子學(xué)學(xué)科，對應(yīng)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(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)項目的總體學(xué)術(shù)思想、制定技術(shù)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(xiàn)在：
發(fā)現(xiàn)點1：提出了生物嗅覺與味覺細(xì)胞的電學(xué)模型和嗅覺與味覺細(xì)胞傳感器的設(shè)計思想；
發(fā)現(xiàn)點2：首次提出了柔性電子鼻和發(fā)展了混沌電子舌的設(shè)計思想；
發(fā)現(xiàn)點3：首次提出了嗅覺與味覺信息融合的設(shè)計思想；
發(fā)現(xiàn)點4：提出了嗅覺與味覺圖像傳感器的設(shè)計思想，實現(xiàn)了嗅覺和味覺圖像的快速檢測；
發(fā)現(xiàn)點5：提出了糖尿病、肺癌與呼出氣味相關(guān)性，首次發(fā)現(xiàn)了肺癌細(xì)胞代謝氣體與呼出氣體相關(guān)性；
2. 劉清君
提出了嗅覺模型及其嗅覺細(xì)胞傳感器的設(shè)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(xiàn)在：
發(fā)現(xiàn)點1：提出了生物嗅覺細(xì)胞的電學(xué)模型和嗅覺細(xì)胞傳感器的設(shè)計思想；
發(fā)現(xiàn)點5：提出了肺癌細(xì)胞代謝氣體與呼出氣體相關(guān)性；
發(fā)現(xiàn)點6：提出了細(xì)胞微生理計已經(jīng)味覺細(xì)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(xì)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(xiàn)在：
發(fā)現(xiàn)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(xué)特性；
發(fā)現(xiàn)點3：提出了嗅覺與味覺信息融合檢測技術(shù)的方法；
發(fā)現(xiàn)點5：提出了細(xì)胞胞外離子檢測的方法并完成了檢測實驗；
4. 嚴(yán)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(xiàn)在：
發(fā)現(xiàn)點1：在細(xì)胞水平上分析了氣味和味覺物質(zhì)作用于嗅覺和味覺細(xì)胞的響應(yīng)機理。
發(fā)現(xiàn)點6：提出了多種參數(shù)同時檢測的多功能細(xì)胞微生理計，并將其應(yīng)用到中藥的快速檢測；
5. 鄭筱祥
總體方案的制定和技術(shù)指導(dǎo)。投入該項研究的工作量占本人工作量的30%以上。
主要貢獻(xiàn)在：
發(fā)現(xiàn)點4：發(fā)明并建立了細(xì)胞胞內(nèi)分子的光學(xué)圖象快速檢測方法和實驗系統(tǒng)。；
發(fā)現(xiàn)點6：提出了細(xì)胞電生理模型的改進(jìn)方案，建立了細(xì)胞外分析細(xì)胞生理參數(shù)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(xué)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
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