2018-8-12 王平实验室生物医学传感与检测技术介绍(上网)

Structure of Electronic Tongue
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e-Nose在医学诊断中的应用
呼吸气体检测
人体呼出气体中含有不同种类的挥发性有机物VOCs（Volatile Organic Compounds） 无创、安全、有效、便捷 酒精检测 幽门螺旋杆菌检测（14CO2） 糖尿病检测（丙酮） 肺癌检测
多参数集成芯片实物图
多参数集成芯片封装后的器件
细胞在芯片表面的固定培养
基于细胞传感器的生物医学应用
分析仪电路
仪器实物图
生物医学传感技术的未来发展
生物医学传感技术的未来发展
新型及仿生传感技术的研究进展
仿生传感器——
视觉、听觉、触觉、 嗅觉和味觉
视觉、听觉、触觉研究比较深入； 嗅觉与味觉的研究相对较为贫乏。
Input Layer
Freq. of Isoprene RT. of Isoprene Freq. of 1-hexene RT. of 1-hexene Freq. of Benzene RT. of Benzene Freq. of Hexanal RT. of Hexanal Freq. of Styrene RT. of Styrene Freq. of Propyl benzene RT. of Propyl benzene Freq. of 1,2,4-trimethyl benzene RT. of 1,2,4-trimethyl benzene Freq. of Decane RT. of Decane Freq. of Undecane RT. of Undecane
△f=f02(k1+k2+k3) △m/A
基于呼吸气体及其冷凝物的检测疾病
Temperature control oven and capillary column SAW sensor detector in a gas chamber
Mixer
Data store and process Tenax-TA thermal desorption system
肺癌早期诊断
呼出气体采集 气体富集 固相微萃取气质联用，VOCs检测
肺癌病人呼出气体中特征性标志物确定
肺癌标志物
采集比较肺癌、肺结核患者和健康组 的呼出气体样本
确定苯、苯乙烯、正己烷、十三烷、
十三酮、十六醛、2-甲基十一醛、 8己基十五烷等作为肺癌标志物
肺癌早期诊断
健康组
肺癌患者
肺结核患者
肺癌早期诊断
早期肺癌病人呼出气体中存在特征性VOCs标志物 1971年，Pauling等人首次提出人体呼出气中 含有数百种VOCs
1985年，Gorden等人提出通过呼吸气体检测
实现肺癌诊断的设想，并发现3种特异性VOCs 1999年，Phillips等人扩大研究样本量（60 cancer vs 48 control），发现22种特异性 VOCs，肺癌检测灵敏度71.7%，特异性 66.7% 2007年， Phillips等人 进一步筛选16种 VOCs，检测灵敏度84.6% 、特异性80.0%
Our gas sensors array design
Normal Gas Sensor Metal oxide Semiconductors Fiber optic sensors Advantages Easy to manufacture & utilize Cheap High integration high sensitive high sensitive widely used stable Widely used Very high resolution Very high stability Disadvantages Bad stability and repetition Easy to aging Complex equipment Expensive Not high sensitivity and resolution
嗅上皮组织，嗅感觉神经元 基于嗅上皮的嗅觉传感系统
气味响应
LAPS嗅觉传感器
光寻址电位传感器LAPS
细胞代谢物检测 嗅感觉神经元，表达气味受体的细胞
LAPS检测气味响应信号
SAW嗅觉传感器
声表面波传感器SAW
质量变化检测 细胞、受体
AFM scans of the SAW chips with a sensitive surface immobilized with ODR-10 by SAMs.
响应模式(Rat D)
9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A 神经元
10 8 6 4 4 2 0 -20 2 -10 0 10 0 20 -10 0 10 20 30
气味敏感受体细胞
250 240 230 220 210 200 190 180
110
104
100uM Diacetyl
14
20
38
44
50
56
62
74
80
86
92
表达气味受体 ODR-10的MCF-7细胞
细胞功能性钙离子浓度检测
98
26
32
68
2
8
MEA嗅觉传感器
微电极阵列MEAs传感器 细胞胞外动作电位检测
生物医学传感技术的用途
生物医学传感技术的用途
生物医学传感器的需求
生物医学传感技术的发展
生物医学传感技术的发展
生物医学传感器的特殊要求
生物医学传感器的特点
生物医学传感器的现状
人体生理信息的检测技术
人体生理信息的检测技术
人体生理信息的检测技术
物理类传感器举例
物理类传感器举例
物理类传感器举例
Surface Acoustic Wave Sensor
Mass deposition
Frequency change direct corresponding to mass change
△f=f02(k1+k2+k3) △m/A
Electronic nose design
Artificial Neural Network
Electronic Tongue (e-Tongue)
The " Electronic Tongue " was presented in the 1990's. It became apparent that the animal and human taste operating on the same principle. “Electronic Tongue" is a kind of electronic(or optical) analysis instrument and while should be a kind of bionic instrument;
CT scan
Thoracoscopy
PET scan
Bronchoscopy
基于呼吸气体及其冷凝物的检测疾病
Surface Acoustic Wave Sensor
Mass deposition
Frequency change direct corresponding to mass change
生物传感器
生物传感器
生物传感器
基于细胞传感器的生物医学应用
微生理计
只能观察细胞的形态
用于H+测量
微电极阵阵列
用于动作电位测量
细胞电阻抗传感器
用于电阻抗测量
基于细胞传感器的生物医学应用
细胞代谢离子检测原理分析
细胞代谢微环境中多种离子的 检测方法：采用集成的光电离 子敏传感器阵列芯片MLAPS
2nd Part
Biomimetic Artificial
Nose and Tongue
研究进展：嗅觉细胞传感器
嗅觉信号传导
细胞传感检测系统
传感器器件
生物电子鼻与电子舌芯片
生物电子鼻传感器阵列
The development the device integrating FET array and culture olfactory and taste bud cell on the device and detect the response under stimulants of odor and taste.
Electronic Nose (e-Nose)
The term "Electronic Nose " was presented in the 1980's. It became apparent that the animal and human olfaction operating on the same principle. “Electronic Nose" is a kind of electronic (or optical) analysis instrument and while it should be a kind of bimimetic instrument.
Set up the e-Nose system
基于呼吸气体及其冷凝物的检测疾病
Tests and procedures that are used to detect and diagnose lung cancer
Chest x-ray
Fine-needle aspiration (FNA) biopsy
Hidden Layer Output Layer
Lung cancer Patients Healthy People Suspected Patients