基于鼢鼠抑尘嗅觉特性的仿生自适应含尘气流采样机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0507.机械仿生学与生物制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

This project is aimed on solving the problem of the interference for the performance of electronic nose leading from dust rising and dispersing. The core idea of the project is inspired by the myospalax psilurus’s nose, due to its sensitive smell in the dusty environment of burrow and foraging. Herein, the olfactory behavior analysis and bionics research of the nasal canal adaptive dust suppression are carried out next, mainly including: In order to solve the problem of the force response to dust-containing airflow and the instability of flow conductivity during the detection process of electronic nose, a series of work are analyzed in terms of the relationship among the characteristics of nasal hair clusters, the dust accumulation and the particle size distribution in nasal inspiratory process of myospalax psilurus, as well as the synergistic mechanism of nasal tract structure conducive to odor detection. The influence mechanism of the structure of the olfactory cavity to the retention of dust particles, the migration and deposition of odour components is revealed. In order to solve the excessive interference problem of detection by the accumulation of particulate matter in the air path, a few of important problems are analyzed, including the coupling action of the mechanical characteristics of air flow, the structure of nasal tract and the flexibility of nasal hair cluster network on the dust removal performance during the exhalation process of myospalax psilurus nasal cavity, and the biological function principle of the rapid purification of nasal tract. In this paper, the bionic design of the structure of gas path, the shape of filter net and the adaptive expansion / closed dynamic control of aperture are explored by using the engineering bionic thought. The identification and primary and secondary analysis of the characteristic factors affecting the realization of the dust flow sampling function are carried out. And then the optimal design of bionic electronic nose sampling chamber is realized. Subsequently, the technology theory of biomimetic adaptive dust air sampling is formed. The research results will provide a new idea for gas detection technology under multi-dust conditions.
本项目针对粉尘扬起逸散工况对电子鼻性能干扰问题,受鼢鼠在掘(挖)进觅食的多尘环境中嗅觉灵敏特性的启发,开展其鼻道自适应抑尘的嗅觉行为分析及仿生学研究,具体为:针对电子鼻检测过程中对含尘气流作用力响应及导流增效失稳问题,分析鼢鼠吸气过程中鼻毛集簇结构特征与积尘量和粒径分布的关系,研究鼻道结构利于气味检测的增效机理,揭示嗅腔结构对灰尘颗粒物滞留及气味组份运移、沉积的作用机制;为解决气路颗粒物累积干扰检测过大问题,分析鼢鼠呼气过程气流力学特征、鼻道结构、鼻毛柔性等对除尘性能的耦合作用,揭示其快速净化鼻道的生物功能原理;基于工程仿生思想,对电子鼻气路结构、滤网结构形貌及孔径的自适应展/闭动态调控进行仿生设计,对影响含尘气流采样功能实现的特征因素进行辨识与主次分析,实现仿生电子鼻采样腔室的优化设计,形成仿生自适应含尘气流采样技术理论。研究成果将为多尘条件下气体检测技术提供新思路。

结项摘要

气体检测作为提高生存质量、保障人类健康的手段,在各领域均有广泛应用,其中基于电子鼻技术的气体传感系统具有众多优势而备受关注,但传感系统采样组件—电子鼻腔室研究相对滞后,尤其难以摒除扬尘对其产生的不利影响。因此,增强腔室扰流性能和提高滞尘效率,同时保障气路结构导流增效功能是当前电子鼻技术面临的重要课题。.本项目沿着腔室柔性滤网构建及其与含尘气流交互作用分析、电子鼻采样腔室模型设计与技术集成的研究思路,探索动物嗅探过程中多因素对有效滞尘和提高气味识别性能的协同作用机制,寻求最佳的电子鼻滞尘、除尘净化、导流增效设计方案,形成仿生自适应含尘气流采样技术理论。具体内容包括:①完成了动物嗅觉系统抑尘采样特性及其对含尘气流作用机理分析,根据鼢鼠、砂鱼蜥、人类、鲟鱼嗅腔/鼻毛集簇的导流、防尘/颗粒物结构功能,得出了重要的仿生抑尘启示;②获得了颗粒物滞留及气味运移仿生结构腔室设计方法,实现了对仿生原型的颗粒物滞留功能再现;③建立了快速除尘净化仿生滤网/膜的设计和制备方法,提高了滤网/膜的过滤性能,可以与仿生腔室有机结合以提高传感器在多尘环境中的可靠性;④获得了腔室系统仿生自适应导流增效模型设计与优化方法,使气流与传感器充分接触,并且减小了不同传感器之间的扰流干扰,显著提升了检测性能。.模块实验和系统集成应用实验结果表明,利用本项目提出的方法能够实现仿生自适应含尘气流采样腔室的设计,可以在多尘环境中有效捕获目标气体的关键气味信息,在检测精度和可靠性等方面表现良好,具有成本低、快速、方便、可靠等优点。本项目的研究成果将对提高粉尘扬起逸散条件下气味检测技术水平及其应用具有重要的指导意义。.在本项目的资助下,已发表学术论文18篇,其中SCI检索15篇、EI检索3篇;申请发明专利9件,其中授权美国发明专利1件、中国发明专利2件;参加学术会议3次,做邀请报告3次;培养相关领域博硕研究生7名。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
Constrain on oil recovery stage during oil shale subcritical water extraction process based on carbon isotope fractionation character
基于碳同位素分馏特征的油页岩亚临界水萃取过程采油阶段约束
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Energies
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Rongsheng Zhao;Luquan Ren;Sunhua Deng;Youhong Sun;Zhiyong Chang
  • 通讯作者:
    Zhiyong Chang
Traditional Sensory Evaluation and Bionic Electronic Nose as Innovative Tools for the Packaging Performance Evaluation of Chitosan Film.
传统感官评价和仿生电子鼻作为壳聚糖薄膜包装性能评价的创新工具
  • DOI:
    10.3390/polym12102310
  • 发表时间:
    2020-10-09
  • 期刊:
    Polymers
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Song W;Xu J;Ren L;Guo L;Tong J;Wang L;Chang Z
  • 通讯作者:
    Chang Z
Study on the Application of Electronic Nose Technology in the Detection for the Artificial Ripening of Crab Apples
电子鼻技术在海棠人工催熟检测中的应用研究
  • DOI:
    10.3390/horticulturae8050386
  • 发表时间:
    2022-05-01
  • 期刊:
    HORTICULTURAE
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Qiao, Jianlei;Su, Guoqiang;Guo, Ruixue
  • 通讯作者:
    Guo, Ruixue
Bio-inspired Design and Evaluation of Porous Fences for Mitigating Fugitive Dust
用于减少扬尘的多孔围栏的仿生设计与评估
  • DOI:
    10.1007/s42235-020-0030-7
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Journal of Bionics Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Guo;Dongsen Zhao;Bo Zhao;Jin Li;Jin Tong;Yunhai Ma;Zhiyong Chang
  • 通讯作者:
    Zhiyong Chang
A two-stage framework for detection of pesticide residues in soil based on gas sensors
基于气体传感器的土壤农药残留检测两阶段框架
  • DOI:
    10.1016/j.cjac.2022.100124
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Chinese Journal of Analytical Chemistry
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Xiaohu Shi;Yuheng Qiao;Xiangyu Luan;Yuping Yuan;Lin Xu;Zhiyong Chang
  • 通讯作者:
    Zhiyong Chang

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其他文献

仿骨β相磷酸三钙多孔生物陶瓷制备及降解
  • DOI:
    10.13229/j.cnki.jdxbgxb201504049
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马云海;尚文博;范雪莹;高知辉;佟金;闫志峰;常志勇
  • 通讯作者:
    常志勇
根皮苷通过下调小肠NPC1L1和HMG-CoA还原酶表达降低血液胆固醇水平
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    食品科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵江;汪名春;常志勇;王浩
  • 通讯作者:
    王浩

其他文献

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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