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电子鼻：让机器代替人体去“受罪”
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人的鼻子是很多行业用于评价物质气味的主要“仪器”，如对香料（化妆品、香皂等）、食品（鱼类、肉类、乳酪等）、酿造物（啤酒、威士忌、白酒、咖啡等）、烟草等物品的气味进行检测时，大多数时候就是需要人的嗅觉来进行评价。但是通过一些受专业培训的有经验的人员来对产品的气味进行评价，费用很昂贵，而且还常常受到人的经验、身体状况、情绪等外界因素的影响，工作时间也受到限制。更何况有些气味（如有毒气体和有害气体）是不可以用人鼻子进行直接检测的。造一个人工的“鼻子”，用机器代替人体来“受罪”，已经逐步成为现实。在不久的将来，一些既可以发现问题、又能避免自身伤害的机器品酒师、缉毒犬、生化武器专家将活跃在各条战线上。
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所有的哺乳动物都可以凭它们的嗅觉器官来发现自己的同类和天敌，也可以发现伴侣以完成繁殖后代的任务，还可以寻找和选择食物。哺乳动物的鼻子具有相当宽的分辨功能和极高的分辨灵敏度，并可以辨别各种混合在一起的物体各自的特殊气体以判断各种物体。模拟哺乳动物有关嗅觉，我们人类能做什么？这就是人工嗅觉系统“电子鼻”的最初灵感。浙江大学传感器专家陈裕泉教授在访问意大利、英国的时候，发现有些传感器的研究者开始考虑是否可以借用自然的方法来实现我们的目标。回国以后，陈裕泉也开始了他的研究，浙江大学成为国内最早开展这项研究的单位之一，这个项目得到了国家863计划的支持。历时10多年，“电子鼻”终于研制成功，并获得多项国家专利。
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利用人工嗅觉系统进行气体所含成分的检测是在传感器技术、计算机技术和人工智能技术得到了相当发展以后出现的一门新兴的多学科交融的技术。由于它应用了电子技术将原先复杂的物质分析转化为通过传感器列阵将气体所含成分转化为电信号，并经过信号处理技术由计算机进行神经网络训练、判别，根据不同成分的固定模式来对未知气体进行成分分类，从而得到气体成分的识别。它可以到现场检测并现场得出结果，而不必有所顾忌。“电子鼻”可应用于酒类的检测，也可以在化工物质检测（如有毒气体、可燃性气体），食品卫生（如咖啡的质量检测、烟草的质量检测、肉类的检验、化妆品的评价），蔬菜和食物的残留农药检测，以及毒品的判别等方面发挥很好的作用，而且在环境保护、医学诊断等领域也有重要的应用。人们可以把它用来做农药残留量的检测、名优白酒的识别和假酒检测、室内装修气体的污染物程度检测、汽车装修污染物检测、汽车尾气检测、烟草质量检测、化妆品质量检测、火灾隐患的预警等。
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“电子鼻”是生物医学工程学科传感器研究中的一个小小成果。在陈裕泉眼里，传感器就是人的五官，它可以由各种材料研制而成。其他项目如人工味觉“电子舌”，像灰尘一样漂浮在空中，随时随地接受信息的“智能尘埃”，集合人体信息的“1米距离”无线信息集成系统等都正在研究中。
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学科交叉，让大白鼠踱起了方步
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一个用透明塑料板搭建的“田”字格通道，悬空架设，离地将近一米。一只头顶芯片的大白鼠在田字中间的横道上摸摸索索地往前走，走到“十”字中间，面临多种选择的大白鼠却“不假思索”，来了个90度右转。
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生性胆小又恐高的大白鼠怎么一下子变得勇敢果断了呢？原来，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院的张韶岷同学正通过电脑在遥控它。张韶岷按动手中用常规鼠标改制成的遥控器，大白鼠便按照“指令”左转右弯、爬楼梯、绕“8”字，甚至“勇敢地”奋身一跃，跳上30多厘米高的平台。
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让大白鼠按电脑指令完成这么多“规定动作”的，是一支由浙江大学4个学科的10位研究生组成的创新团队。他们正在进行的是“脑机交互”这一交叉学科的研究。
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学科交叉是当今学科发展的潮流。原浙江大学校长潘云鹤提出，浙江大学有国内最齐全的学科和最多的博士点，不进行学科交叉，学校的优势和潜力就不能充分发挥出来，就会落后于世界。他鼓励各学科不仅要探讨学科研究的前沿，还要探讨国家发展中面临解决的重大问题。要通过讨论，形成一些学校、国家乃至国际上感兴趣的课题展开进一步的科学研究。“脑机交互”就是这样的一个研究课题。通俗地说，“脑机交互”就是支持人脑和计算机的直接交互，通过实现计算机和人脑之间直接接收和发送信号来改变现有人机交互的方式。它属于多学科交叉的前沿方向。
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2005年9月，在浙江大学以“崇尚民主学术风气，探讨科学前沿，整合大项目大成果”为宗旨，以促进学科的交叉，探讨科学的前沿，开拓创新思维为目标的浙江大学西湖学术论坛上，来自物理、生物、医学、计算机和信息科学等学科的六位学者围绕“脑机交互（BCI）”这一多学科交叉的课题进行了广泛深入的探讨。与会的专家结合自己的研究工作和国内外最新的研究成果，对脑机交互相关学科的研究方向和进展展开交流。生物医学工程专家郑筱祥教授介绍了目前国际上脑机接口方面的发展趋势和学校在该领域正在进行的相关研究，并对今后可能开展的研究项目进行了分析。
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这次论坛以后，各学科重点在“脑的表达、脑控制和控制动物”三个研究方向上分不同的领域组成兴趣小组，将“脑机交互”这个课题深入地进行了研究。
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2006年8月中旬，在郑筱祥的组织下，由浙江大学生物医学工程与仪器科学学院、计算机科学与技术学院、医学院和材料与化学工程学院的10名学生组成的创新团队正式成立，专题研究“动物导航系统”。
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学生团队成员利用各自的学科特长，分工合作，发现问题，各个击破。根据专业特长，创新团队分成医学、生物相关实验及系统组装等4个组分别开展工作。经过反复设计和修正，他们设计并自制成功“无线压杆箱”，把对大白鼠的奖赏也通过电刺激来实现，从而提高了评价的精确度和手术电极定位的准确性。同时，他们还为白鼠设计了穿戴方便、舒适合体的马甲，将无线刺激器固定在白鼠背上，既保证了电极的稳定性，还实现了遥控，扩大了白鼠的活动空间和行动自由。
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确定实验用房却费了些周折。在浙江大学找一个既要适合大白鼠生活，又不影响周围环境，还要方便架设各种实验设施的地方，可不是一件容易的事。最后，他们找到了大楼角落里的一间不到10平方米的泵房。在这里，各种粗粗细细的管路横陈其间，正好架实验台，还可以考验大白鼠是不是真的“听话”。很快，大白鼠买来了，并经过了行为学的初步筛选。随着电极制备成功，第一只大白鼠完成电极埋置手术，并顺利完成了“规定动作”的“表演”。随后，第二只、第三只……现在，第九只大白鼠也完成了相同的实验训练。
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他们将三对电极分别埋置在大白鼠的前脑内侧束和左右胡须区。电极的刺激增加了大白鼠的喜悦感，引起周围细胞的兴奋，给大白鼠一种虚拟的感觉。他们发现，这种基于电刺激的奖励比传统的食物奖赏更加敏感、更加有效，大白鼠在很短的时间内就可以学会并完成一些简单的任务。
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实验成功的那一刻，创新团队的成员们别提多高兴了。他们说：“做对了动作的大白鼠感受到的愉悦，应该和我们现在一样。”
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张韶岷同学介绍说，接下来，他们将准备改进大白鼠的背包，增加小型的摄像头或者有毒气体的传感器，便于动物完成一些特定工作。还打算将刺激器集成化和小型化，用新型的生物材料将电极和生物传感器植入到动物的体内。如果实验成功，在动物模型的研究基础上，就有希望扩展到人体康复工程的应用中。比如，如果在残疾人的大脑植入这种“芯片”，让“芯片”指挥行动，那他们就可以像正常人一样活动自如，他们的生活将会发生翻天覆地的变化。
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（作者：孙美燕）
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经典浙大 茶学学科 浙大人的中国茶缘
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【重点学科名片】
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浙江大学茶学学科创建于1952年。1957年开始招收外国留学生，1962年开始招收研究生。已故的著名园艺学家蒋芸生教授、著名茶学家庄晚芳教授和张堂恒教授曾为学科的建设和发展做出了巨大的贡献。经过几代人的努力，现已发展成为具有农、工、商、文、医等具有多学科交叉特色的学科。经国务院学位委员会批准，本学科点1981年成为硕士学位授予点，1986年成为博士学位授予点，1991年成为博士后流动站学科点。1989年和2001年分别被评为国家级重点学科。
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本学科是目前全国高等院校茶学学科中唯一的国家级重点学科，现有教学、科研和教学实验用房7000平方米，教学实习基地10公顷，设有茶叶研究所1个和国际茶文化研究中心1个。学科现有茶树生物技术与资源利用、制茶工程、茶叶生物化学与综合利用、茶叶经济与文化等4个研究方向。学科在遗传育种、茶树高产优质栽培、茶叶功能成分开发与利用、茶叶加工装备开发和茶文化研究具有明显特色和优势。通过杂交和无性繁育技术育成国家审定茶树品种3个，省级审（认）定茶树品种5个；品种育成数居国内高校同类学科第一位；在育种手段上，在国内率先开展茶树转基因和基因克隆研究，建立了茶树快速繁殖体系和Bt基因遗传转化系统，并在国内首先获得转Bt基因抗虫茶树植株；克隆获得茶树SAM和PPO基因；通过RNAi技术培育出低咖啡因茶树；提出了茶树矮化密植栽培法，使茶树栽培投产期提前2年以上，在全国茶区推广达6万余公顷；探明了茶及茶用香花作物等的香气释放机理和影响因子；探明了茶树新梢内源激素作用机理；提出了优质栽培调控措施；20世纪70年代后期开始茶叶抗氧化剂等功能成分分离纯化技术，建立了茶多酚和大豆黄酮提取新工艺，生产出脂溶性茶多酚；并从“分子—细胞—整体”水平上探明了茶多酚清除自由基和抗氧化作用机理，开展了茶叶主要有效成分“儿茶素类”的药理及临床研究，利用茶叶儿茶素类成分开发出功能食品5种，治疗药物3种；在茶叶加工装备开发方面，已经开发出两套绿茶连续化加工设备和系列名优茶加工设备；开发的珠茶炒干机获得国家发明奖，毛峰茶提毫机和团揉机获国家专利；开展制茶基础理论研究，成功开发制茶工艺自动控制技术；建立了茶叶有效成分的膜分离技术，发明了茶叶鲜汁制取和系列含茶食品加工新技术，开发脱咖啡因速溶茶加工新工艺；发明木素纤维素脱除儿茶素类咖啡因和制备高纯度儿茶素类化合物的新技术；对茶汤冷后浑形成机理研究取得突破性成果，开发了系列茶饮料产品，为国内著名茶饮料企业提供技术支持，开展成果转化，产生显著经济和社会效益；率先开展茶文化研究和恢复中华茶艺工作，举办多次茶文化国家交流活动；同时，茶业经济与茶叶贸易、茶叶消费发展趋势等研究也取得突出成果。学科点近年来累计获国家和省部级科研成果奖20余项、国家专利8项，年均发表论文70余篇，1986年来累计发表的重要专著（论著）40余本（部）；推广了茶树矮化密植技术、浙农系列茶树品种、茶多酚系列产品及系列茶饮料等新产品，社会经济效益显著。
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