基于高場(chǎng)不對(duì)稱離子遷移譜技術(shù)的傷口感染檢測(cè)電子鼻設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、電子鼻（electronic nose）是一種由特定傳感單元、信號(hào)處理單元和模式識(shí)別單元構(gòu)成的能夠檢測(cè)單一或復(fù)合氣味的儀器。由于電子鼻檢測(cè)技術(shù)是一種有效的非入侵檢測(cè)方式，且檢測(cè)成本低、檢測(cè)時(shí)間短，因此得到了廣泛的應(yīng)用，成為近年來(lái)人們研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。傳感器單元是電子鼻系統(tǒng)中最重要的組成部分，因?yàn)閭鞲行阅艿膬?yōu)劣直接決定了整個(gè)電子鼻系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)物的識(shí)別性能。目前，傳感單元通常是由多個(gè)具有交叉敏感性的氣體傳感器組成的陣列系統(tǒng)。雖然氣體傳感器陣列系

2、統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是它也存在著檢測(cè)精度低、抗干擾能力差和傳感器漂移等缺陷，制約了電子鼻技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究者一方面通過(guò)各種模式識(shí)別算法成功實(shí)現(xiàn)了電子鼻性能的補(bǔ)償，但這并不能從根本上解決該問(wèn)題。另一方面，人們尋求創(chuàng)新的傳感技術(shù)，從本質(zhì)上解決電子鼻系統(tǒng)中傳感單元存在的缺陷；在這種背景下，利用高場(chǎng)不對(duì)稱離子遷移譜（Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry,

3、FAIMS）技術(shù)作為電子鼻傳感的技術(shù)路線，能夠成功解決上述問(wèn)題，大大改善了電子鼻的性能。
　　高場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜作為一種廣譜分析技術(shù)，具有檢測(cè)速度快、靈敏度高、易于微型化等特點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、毒品、爆炸物、化學(xué)戰(zhàn)劑、蛋白質(zhì)檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其工作原理是利用離子在高電場(chǎng)中的遷移率的非線性變化實(shí)現(xiàn)離子的分離。每種離子由于質(zhì)量、截面積等固有參數(shù)的區(qū)別使得它們?cè)诟唠妶?chǎng)中具有不同的遷移率變化趨勢(shì)，當(dāng)控制離子所處的電場(chǎng)條件發(fā)生

4、變化時(shí)，可使得不同的離子通過(guò)電場(chǎng)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)離子的選擇性分離。
　　本文在對(duì)電子鼻技術(shù)和FAIMS技術(shù)深入研究的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的FAIMS檢測(cè)核心器件成功構(gòu)建了一個(gè)完整的電子鼻系統(tǒng)。通過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明，該電子鼻系統(tǒng)對(duì)苯具有檢測(cè)精度高、可靠性好、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)；同時(shí)，本文在人類傷口感染檢測(cè)的背景下，利用該電子鼻系統(tǒng)開(kāi)展了大量細(xì)菌實(shí)驗(yàn)和智能算法研究工作。結(jié)果表明，針對(duì)4種常見(jiàn)傷口感染菌，該系統(tǒng)識(shí)別率達(dá)到99.82％，成功實(shí)現(xiàn)了傷口感染菌

5、的檢測(cè)。本文完成的具體工作內(nèi)容如下：
　?、僭O(shè)計(jì)并構(gòu)建了基于FAIMS技術(shù)的電子鼻硬件系統(tǒng)平臺(tái)。對(duì)構(gòu)建好的系統(tǒng)完成了氣路氣密性、系統(tǒng)潔凈度、檢測(cè)靈敏性的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)氣密性良好，氣路干凈，對(duì)常見(jiàn)苯類化合物最低檢測(cè)限達(dá)到56ppb；
　?、卺槍?duì)FAIMS圖譜的特點(diǎn)，提出了FAIMS圖譜的預(yù)處理方法，并設(shè)計(jì)了多個(gè)特征提取和分類算法用于對(duì)FAIMS圖譜進(jìn)行處理；
　?、劾帽疚臉?gòu)建的硬件系統(tǒng)開(kāi)展傷口細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，并