本文關(guān)鍵詞：太赫茲時域光譜技術(shù)在轉(zhuǎn)基因物質(zhì)檢測上的識別方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展,人類可以在生物體中植入外源基因,使物種在保留本身特性的同時也具備其它新的特性,如：抗蟲性、抗逆性等。這些轉(zhuǎn)基因物種對人類健康、生態(tài)環(huán)境、倫理道德等帶來潛在的威脅,因此對轉(zhuǎn)基因生物進(jìn)行檢測和鑒別至關(guān)重要。目前,較為常用的轉(zhuǎn)基因檢測方法主要為蛋白質(zhì)和DNA檢測兩種,雖然這些方法能夠有效的鑒別出轉(zhuǎn)基因生物,但是也存在許多不足,例如：蛋白質(zhì)檢測是適合對未加工產(chǎn)品的檢測,DNA檢測費(fèi)用高操作復(fù)雜等。太赫茲(THz)技術(shù)是目前一個非常前沿的熱點領(lǐng)域,由于THz波的獨特性質(zhì),如較強(qiáng)的透視及安全性、良好的光譜分辨能力等,使得其在物質(zhì)檢測等方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本研究主要是利用光譜分析技術(shù)、光學(xué)和化學(xué)計量學(xué)等領(lǐng)域的知識,以轉(zhuǎn)基因物質(zhì)(包括轉(zhuǎn)基因棉花、轉(zhuǎn)基因甜菜及其親本)為研究對象,進(jìn)行基于THz光譜技術(shù)的快速無損檢測和鑒別研究。本文的研究目的是證明利用THz光譜分析技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品快速無損檢測和鑒別研究的可行性,建立基于THz光譜分析技術(shù)的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的快速無損檢測方法體系,為制備具有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品檢測儀器提供有效的方法依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容如下：(1)利用太赫茲時域光譜技術(shù)對轉(zhuǎn)基因棉花品種進(jìn)行鑒別方法研究。提出了一種基于自適應(yīng)仿射傳播聚算法的改進(jìn)的支持向量機(jī)鑒別模型,成功的應(yīng)用到轉(zhuǎn)基因棉花品種的太赫茲光譜識別和分類中。通過研究多種轉(zhuǎn)基因棉花的太赫茲特征譜線,獲取其在0.2THz-2.0THz頻段內(nèi)的太赫茲光譜信息用來形成鑒別的特征參數(shù)。首先,在循環(huán)迭代中,利用自適應(yīng)仿射傳播聚類算法對未標(biāo)記的訓(xùn)練樣本進(jìn)行聚類和標(biāo)記,并不斷的更新支持向量機(jī)的訓(xùn)練數(shù)據(jù),直到標(biāo)記完所有未標(biāo)記樣本,最終確定最優(yōu)鑒別模型；然后,將待測樣品添加到鑒別模型中進(jìn)行鑒別分析,由于所建鑒別模型能夠?qū)颖具M(jìn)行自動類別標(biāo)記,而不需要人為標(biāo)記模型的訓(xùn)練樣本,從而有效的減少了人為標(biāo)記帶來的誤差。研究結(jié)果表明,該模型對轉(zhuǎn)基因棉花的品種鑒別具有較高的識別率,為太赫茲光譜技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)基因棉花品種的鑒別提供了一種簡單有效的方法。(2)對光譜特性相似度較高的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)進(jìn)行了識別分析研究。為改善傳統(tǒng)模式識別方法的不足,本文提出了一種基于仿生模式識別--超香腸神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和主成分分析的識別方法,以典型的轉(zhuǎn)基因棉花、轉(zhuǎn)基因甜菜及其親本為研究對象,驗證該識別模型的可行性和有效性。首先,利用主成分分析法對轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的原始太赫茲光譜信息進(jìn)行特征提取,然后,將獲得的特征信息代替原始光譜信息作為超香腸神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入信息,建立轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的識別模型,對待測樣品進(jìn)行識別。實驗結(jié)果表明,該方法能在保證識別率的同時,可以有效的對非同類樣本進(jìn)行拒識,從而實現(xiàn)對太赫茲光譜信息相似的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的鑒別,為太赫茲在轉(zhuǎn)基因生物檢測上提供了一種更加有效的方法。(3)首次提出了利用特異材料結(jié)合太赫茲光譜技術(shù)對轉(zhuǎn)基因物質(zhì)進(jìn)行辨別分析。利用特異材料的復(fù)雜邊界條件的特點,制備了一種可以提供負(fù)的磁響應(yīng)的劈裂共振環(huán)(Split Ring Resonator,SRR)結(jié)構(gòu)體系。由于不同物質(zhì)的液體的介電常數(shù)不同,通過在SRR空隙中添加不同轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的液體膜來對SRR進(jìn)行調(diào)制,不同的液體膜會使SRR高頻電響應(yīng)峰出現(xiàn)不同的紅移,利用不同紅移程度就可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的辨別。該方法最大的特點是不需要知道物質(zhì)成分及復(fù)雜的光譜信息就能實現(xiàn)對不同物質(zhì)的辨別。實驗結(jié)果表明,利用共振劈裂環(huán)的太赫茲電磁響應(yīng)峰能夠很好的鑒別轉(zhuǎn)基因物質(zhì),利用共振劈裂環(huán)不同的電磁響應(yīng)極快地實現(xiàn)對不同轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的辨別,這為太赫茲光譜技術(shù)在轉(zhuǎn)基因物質(zhì)檢測上的提供了更加廣泛的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：轉(zhuǎn)基因生物 太赫茲光譜 共振劈裂環(huán) 模式識別 物質(zhì)檢測
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S188
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-20
• 第一章 緒論20-40
• 1.1 課題研究背景及意義20-25
• 1.1.1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展20-23
• 1.1.2 轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展帶來的問題23-25
• 1.2 轉(zhuǎn)基因的主要鑒別方法及存在的問題25-29
• 1.2.1 主要鑒別方法25-28
• 1.2.2 現(xiàn)有方法存在的問題28-29
• 1.3 太赫茲光譜檢測轉(zhuǎn)基因生物的可行性29-31
• 1.3.1 太赫茲波原理29
• 1.3.2 太赫茲光譜檢測轉(zhuǎn)基因生物的可行性29-31
• 1.4 光譜檢測轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31-33
• 1.5 國內(nèi)外研究的不足及借鑒之處33-34
• 1.5.1 存在的不足33-34
• 1.5.2 借鑒之處34
• 1.6 課題研究對象、目的、內(nèi)容、創(chuàng)新點及技術(shù)路線34-38
• 1.6.1 課題研究對象34-35
• 1.6.2 課題研究目的35-36
• 1.6.3 研究的內(nèi)容36-37
• 1.6.4 本文的創(chuàng)新點37
• 1.6.5 課題技術(shù)路線37-38
• 1.7 本章小結(jié)38-40
• 第二章 太赫茲時域光譜系統(tǒng)及實驗技術(shù)40-64
• 2.1 太赫茲概述40-42
• 2.1.1 太赫茲空隙40-41
• 2.1.2 太赫茲電磁波的性質(zhì)41-42
• 2.2 太赫茲的產(chǎn)生和探測42-53
• 2.2.1 寬頻帶的THz輻射源43-49
• 2.2.2 THz電磁波的探測49-53
• 2.3 太赫茲時域光譜技術(shù)53-59
• 2.3.1 太赫茲時域光譜技術(shù)的特點53-54
• 2.3.2 THz-TDS實驗系統(tǒng)54-56
• 2.3.3 THz-TDS系統(tǒng)光學(xué)常數(shù)的提取56-59
• 2.4 THz-TDS實驗技術(shù)59-62
• 2.4.1 樣品制備技術(shù)59-60
• 2.4.2 透射型THz-TDS系統(tǒng)的實驗過程60-62
• 2.5 本章小結(jié)62-64
• 第三章 基于自適應(yīng)仿射傳播聚類的轉(zhuǎn)基因棉花品種的鑒定方法研究64-92
• 3.1 引言64
• 3.2 支持向量機(jī)的基本知識64-71
• 3.2.1 支持向量分類機(jī)65-70
• 3.2.2 SVM參數(shù)的優(yōu)化70-71
• 3.3 自適應(yīng)仿射傳播聚類算法71-79
• 3.3.1 仿射傳播聚類算法71-75
• 3.3.2 自適應(yīng)仿射傳播聚類算法75-79
• 3.4 基于自適應(yīng)仿射傳播聚類算法的支持向量機(jī)79-81
• 3.5 基于自適應(yīng)仿射傳播聚類的轉(zhuǎn)基因棉花品種的鑒定81-89
• 3.5.1 樣品簡介、來源及預(yù)處理83
• 3.5.2 轉(zhuǎn)基因棉花的太赫茲特征光譜83-84
• 3.5.3 識別模型的建立84-86
• 3.5.4 待測樣品的鑒定86-89
• 3.6 小結(jié)89-92
• 第四章 基于超香腸形神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的辨別方法研究92-114
• 4.1 引言92
• 4.2 仿生模式識別的相關(guān)理論92-103
• 4.2.1 傳統(tǒng)模式識別方法的不足92-94
• 4.2.2 仿生模式識別的數(shù)學(xué)理論94-95
• 4.2.3 單權(quán)值神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)95-96
• 4.2.4 超香腸神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)96-102
• 4.2.5 仿生模式識別的應(yīng)用102-103
• 4.3 基于超香腸神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的辨別103-113
• 4.3.1 樣品簡介、來源及預(yù)處理103
• 4.3.2 轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的太赫茲特征光譜103-104
• 4.3.3 轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的光譜特征提取104-109
• 4.3.4 超香腸神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)辨別模型的建立109-110
• 4.3.5 基于超香腸神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的辨別110-112
• 4.3.6 結(jié)果與討論112-113
• 4.4 本章小結(jié)113-114
• 第五章 基于共振劈裂環(huán)的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)的識別方法研究114-138
• 5.1 引言114
• 5.2 SRR材料和它的電磁性質(zhì)研究現(xiàn)狀114-124
• 5.2.1 SRR材料在THz領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀115-122
• 5.2.2 共振劈裂環(huán)(SRR)等效負(fù)磁導(dǎo)率媒質(zhì)122-124
• 5.3 SRR實驗樣本的制備124-126
• 5.4 基于SRR的太赫茲響應(yīng)峰的轉(zhuǎn)基因物質(zhì)識別126-136
• 5.4.1 SRR開口環(huán)在THz波段的透射譜127-128
• 5.4.2 樣品簡介、來源及預(yù)處理128
• 5.4.3 轉(zhuǎn)基因甜菜及其親本的太赫茲特征光譜128-129
• 5.4.4 轉(zhuǎn)基因生物液體膜對SRR樣品THz透射譜的調(diào)制129-132
• 5.4.5 誤差分析132-133
• 5.4.6 結(jié)果分析與討論133-136
• 5.5 本章小結(jié)136-138
• 第六章 結(jié)論與展望138-140
• 6.1 主要研究結(jié)論138-139
• 6.2 進(jìn)一步研究展望139-140
• 參考文獻(xiàn)140-156
• 致謝156-158
• 作者簡介158-159

【共引文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：太赫茲時域光譜技術(shù)在轉(zhuǎn)基因物質(zhì)檢測上的識別方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：318559