项目名称：    人工嗅觉与人工味觉的基础研究

推荐单位：    教育部

项目简介：    本项目属信息科学电子学领域生物电子学和敏感电子学专业。

1993年以来，在7项国家自然科学基金、4项国家自然科学基金国际合作项目及国家教育部博士点基金和国家博士后科学基金等连续支持下，开展了嗅觉与味觉电生理建模和仿真、嗅觉与味觉细胞传感器特性分析、嗅觉和味觉图像传感器及气味和离子图象检测方法、电子鼻用于呼吸气味诊断疾病及电子舌用于药物检测等一系列理论和实验研究。

该研究为发展人工嗅觉和人工味觉作了开创性工作，在国际上产生了重要的影响。国际生物传感器和与生物电子学杂志《Biosensors & Bioelectronics》主编、英国Cranfield大学校长A.P.Turner教授、国际化学传感器会议前任主席、生物传感器与生物电子学专家、美国西方储备大学爱迪生传感器实验室主任C.C.Liu教授、美国加州理工学院电子鼻知名专家N.S.Lewis教授、国际著名电子舌专家、俄罗斯圣彼得堡大学化学传感器实验室主任Vlasov教授以及日本九州大学H.Toko教授等对该研究给予很高评价。

《Biosensors & Bioelectronics》主编A.P.Turner教授邀请王平教授参加编写由他主编的专著《Advances in Biosensors》中"嗅觉与味觉生物传感器系统"一章。科学出版社出版了我们的专著《人工嗅觉和人工味觉》。该书是该领域国际上第一部学术专著获得国家自然科学基金委优秀学术专著出版基金资助，受到国内外学者好评。2006年《人工嗅觉与人工味觉》专著由科学出版社批准再版。同时将由科学出版社出版《人工嗅觉和人工味觉》的英文版专著。2005年获中国科学院优秀著作出版基金资助，由科学出版社出版我们的专著《细胞传感器原理及其应用》。

该项目共发表论文160余篇，其中SCI收录48篇、EI收录50篇、SCI他人引用109次、国家发明专利5项、国际会议特邀报告5次，国际会议论文奖励 4次。专家鉴定认为，该成果达国际先进和领先水平。

主要发现点：  1. 首次提出了嗅觉和味觉细胞传感器设计思想。采用计算机仿真、动物实验和嗅觉与味觉细胞传感器，建立了嗅觉和味觉感受器的细胞电子学模型，进一步揭示了生物嗅觉和生物味觉细胞的敏感机理和获得了嗅觉和味觉细胞一些重要电子学特性，为正确建立人工嗅觉与人工味觉结构和模型奠定了基础。该发现点属生物电子学学科，对应代表论著1、2及附录三-1、3等。

2. 提出了柔性电子鼻和混沌电子舌的原理和实验模型，模拟嗅觉和味觉细胞的特点，采用传感器和模式识别技术实现了嗅觉传感器阵列的柔性设计和味觉传感器的混沌响应特性，这一发现推动了人工嗅觉和人工味觉的进一步发展。该发现点属于生物电子学和敏感电子学学科，对应代表论著2、3等。

3. 首次提出了嗅觉和味觉信号传导和处理的柔性人工神经网络和融合技术原理模型，在国际上首次将信息融合技术应用到人工嗅觉和人工味觉系统中。实现了嗅觉和味觉信息融合并将其用于实际应用。该发现点属生物电子学和敏感电子学学科，对应主要代表论著3、4等。

4. 首次提出了嗅觉和味觉图像传感器的设计方法，发明并建立了嗅觉和味觉图象快速检测的实验系统。实现了嗅觉气味响应和味觉离子图象的快速检测，发明并建立了嗅觉气味和味觉细胞胞外离子和细胞内分子的光学图象快速检测的实验系统。该发现促进了人们对嗅觉和味觉图象的认识。该发现点属于生物电子学和敏感电子学学科，对应主要代表论著6、7等。

5. 提出了电子鼻呼吸气味诊断疾病的方法，明确了糖尿病、肺癌与呼出气味的相关性。首次发现了肺癌细胞代谢气体与呼出气体的相关性。这一发现开拓了人工嗅觉在呼吸诊断中新的应用领域，也为传统中医嗅诊方法提供了理论基础和促进其诊断手段的科学化。该发现点属生物电子学和敏感电子学学科，对应主要代表论著5、9以及附录四-2、3等。

6. 提出了多种参数同时检测的多功能细胞微生理计，首次提出了细胞传感器进行中药的快速检测的方法。该发现推动了人工味觉的发展，开拓了人工味觉在生物医药中新的应用领域。该发现点属生物电子学学科，对应主要代表论著8、10以及附录五-1、3等。

主要完成人：  1.   王平

本项目负责人，负责项目的总体学术思想、制定技术路线和研究方案。投入该项研究的工作量占本人工作量的60%以上。

主要贡献在：

发现点1：提出了生物嗅觉与味觉细胞的电学模型和嗅觉与味觉细胞传感器的设计思想；

发现点2：首次提出了柔性电子鼻和发展了混沌电子舌的设计思想；

发现点3：首次提出了嗅觉与味觉信息融合的设计思想；

发现点4：提出了嗅觉与味觉图像传感器的设计思想，实现了嗅觉和味觉图像的快速检测；

发现点5：提出了糖尿病、肺癌与呼出气味相关性，首次发现了肺癌细胞代谢气体与呼出气体相关性；

2.   刘清君

提出了嗅觉模型及其嗅觉细胞传感器的设计思想。投入该项研究的工作量占本人工作量的60%以上。

主要贡献在：

发现点1：提出了生物嗅觉细胞的电学模型和嗅觉细胞传感器的设计思想；

发现点5：提出了肺癌细胞代谢气体与呼出气体相关性；

发现点6：提出了细胞微生理计已经味觉细胞传感器用于药物的检测方法；

3.   李蓉

生物嗅觉与生物味觉细胞机理研究和动物实验。投入该项研究的工作量占本人工作量的70%以上。

主要贡献在：

发现点1：完成了嗅觉与味觉的动物实验，获得了生物嗅觉与味觉的一些重要电学特性；

发现点3：提出了嗅觉与味觉信息融合检测技术的方法；

发现点5：提出了细胞胞外离子检测的方法并完成了检测实验；

4.   严伟民

投入该项研究的工作量占本人工作量的40%以上。

主要贡献在：

发现点1：在细胞水平上分析了气味和味觉物质作用于嗅觉和味觉细胞的响应机理。

发现点6：提出了多种参数同时检测的多功能细胞微生理计，并将其应用到中药的快速检测；

5.   郑筱祥

总体方案的制定和技术指导。投入该项研究的工作量占本人工作量的30%以上。

主要贡献在：

发现点4：发明并建立了细胞胞内分子的光学图象快速检测方法和实验系统。；

发现点6：提出了细胞电生理模型的改进方案，建立了细胞外分析细胞生理参数的方法。

10篇代表性论文：  1.   Advance in Biosensors, Volume 4: Olfactory and taste biosensor system (英文专著)，JAI PRESS INC. USA, 139-151

2.   人工嗅觉与人工味觉 (中文专著)，科学出版社

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