[发明专利]基于复合型纳米色敏传感芯片连续化快速无损检测谷物产毒菌的方法及装置

权利要求书

1.一种基于复合纳米色敏材料连续化快速无损检测谷物产毒菌的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）检测谷物产毒菌复合纳米色敏传感芯片的制备：分别选取对谷物产毒菌挥发气体敏感的色敏材料，再有针对性的制备复合纳米芯片；（2）选取谷物产毒过程相匹配的检测模式，即根据谷物产毒菌的产毒规律，选取复合纳米传感芯片与可视化技术结合测霉菌挥发气体的模式；（3）进行谷物产毒菌色敏传感图像识别；（4）谷物产毒菌传感信息特征提取及检测模型的建立；

步骤（1）中，检测谷物产毒菌复合纳米色敏传感芯片的制备，根据气相色谱-质谱联用GC-MS方法对小麦分别感染产毒型黄曲霉菌、非产毒型黄曲霉菌及混合曲霉菌代谢过程中气体组分进行分析，相较于其余两类样本，产毒菌小麦代谢出特有的2-甲基丁醛、1-戊醇、己醛和异戊醛的特征气体，针对这些气体筛选出NO₂BDP@MOF、HBDP@PSN和COOCH₃ -Diol@PSA复合纳米色敏传感芯片，制备的传感器阵列在区分黄曲霉产毒菌小麦霉变特征挥发性气体方面具有高灵敏度与高选择性的检测能力；

步骤（2）中，选取谷物产毒规律相匹配的检测模式包括：1天24小时连续监测，监测系统中包含六个反应室区域同步检测分析，启动控制器，通过调节设定计算机端的控制界面，载物台会跟随旋转电机运转，同时受计算机控制的图像采集系统的采集图像频次会与载物台旋转位点数同步，在计算机界面选择采集单个或多个传感器阵列图像，获取挥发性气体的单传感器信号和多个传感器间关联信号分析谷物分别含产毒及非产毒霉菌的储藏变化情况，由采集的多组传感器阵列图像，利用数字图像处理技术提取其中的RGB差值，不同类的谷物样本所传输的差值不等，利用主成分分析法PCA对RGB差值进行最大方差处理，实现对产毒菌谷物、非产毒菌谷物及新鲜谷物的区分；通过传感器在连续时间内的信号变化斜率变化差异来区分产毒菌及非产毒菌的挥发气体；

步骤（3）中，进行谷物产毒菌色敏传感图像识别的过程为：关于复合纳米材料在动态采集过程中传感图像信息自动定位标定，启动旋转电机时，整个检测系统处于动态运转中，反应室会随着载物台转动而移动，当反应室中传感器阵列进入图像采集区域时，图像采集系统依据图像的灰度特征和纹理特征信号与比色传感器阵列进行快速判定，在3秒内实现自动识别并采集传感器阵列图像，通过检测系统可进行多次自动识别，获取多组平行传感器阵列图像；最终通过传输线将采集图像上传至计算机中；

图像采集系统依据图像的灰度特征和纹理特征信号与比色传感器阵列进行快速判定，图像的灰度特征由不同频率值依次排列的绝对灰度直方图来表示；其中频率值的索引i由灰度值g和量化q计算：i=[(g+0.5)÷q] ；图像的纹理特征主要由反差Contrast、能量Energy、熵Entropy、相关性Correlation来表示，图像的清晰度、纹理沟纹的深浅及灰度的均匀性都会影响最终的纹理特征；

取同等曲霉菌含量的菌悬液接种至新鲜小麦上，然后依次取10g样本置于特制的反应室底层，将制备的传感器阵列置于反应室中间卡槽，设定一个反应周期为10天，分别在0、1、4、7、10天。

2.根据权利要求1所述的一种基于复合纳米色敏传感连续化快速无损检测谷物产毒菌的方法，其特征在于，步骤（4）中，谷物产毒菌传感信息特征提取及检测模型的建立包括：采集复合纳米传感芯片的传感器阵列图像，利用数字图像处理技术提取传感芯片中特征值，依据多个传感信号信息、传感器信号变化斜率、传感器中色敏材料的关联信号以及多传感器关联信号建立特征信息的多变量非线性模型，利用支持向量机SVM将所有样本分成分别多类，将多个分类面的参数求解合并到一个最优化问题中，通过求解该最优化问题“一次性”实现多类分类，从而实现对谷物产毒菌与非产毒菌的最佳判别，以及利用连续化检测条件下，判断同种霉菌谷物在不同储存时间内谷物霉变状态。