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东京大学开发出高选择性气味传感器

时间:2019-12-13 06:42  来源:体育网  阅读次数: 复制分享 我要评论

  东京大学生产技术研究所等于2010年8月23日宣布,开发出了利用生物细胞检测特定气味物质的传感器。还将该传感器实际嵌入机器人之中,演示了机器人通过旋转头部告知已检测到气味的情形。“可嵌入看护机器人以嗅觉来分辨口臭及体臭,或者应用于CO2、大气污染、水质污浊的检测以及食品传感器等领域”(该研究所副教授竹内昌治)。

  该气味传感器的制备步骤如下。首先将蚕等昆虫的触觉细胞中的RNA植入非洲爪蟾的卵母细胞,数小时后,气味物质受体的“膜蛋白质”在卵的表面表达出来。然后,将卵放置到嵌入电极的气味物质的“流路”中即可。

  膜蛋白质对特定的气味物质起到强力放大器的作用。当气味物质的1个分子附着到膜蛋白质的受体上时,离子通道就会在一定时间内打开,让细胞内外的大量离子穿过细胞膜。比如,当存在100mV的膜电位时,在1个气味物质附着到受体上后,离子通道就会打开1秒钟,让大约1000万个离子穿过。也就是说,这时会有相当于数pA的电流流过。

  此次利用的膜蛋白质存在于蚕蛾、小菜蛾及果蝇等昆虫的触觉细胞中。蚕蛾及小菜蛾会对雌性蚕蛾及小菜蛾发出的荷尔蒙物质作出反应,而果蝇会对气味物质作出反应。

  此次的气味传感器的最大特点在于较灵敏度而言,能够选择性地检测特定的气味物质。比如,虽然蚕蛾和小菜蛾的荷尔蒙在分子链的结构上只存在细微差异,但该传感器仍可“嗅”出不同来。

  此次在流路中放入了两个卵。在每个卵中植入了种类不同的膜蛋白质。两个卵对流路中流动的气味物质作出不同的反应,由此区别这些物质。

  此次制作的气味传感器的气味检测灵敏度为数十ppb。虽然灵敏度与昆虫原本的检测灵敏度相比还只有1/100左右,但不亚于利用氧化物半导体的现有气味传感器。

  此次制作的传感器的寿命“常温条件下在将卵放入流路并插上电极后为12小时左右。在检测一次气味物质后,只要气味物质的浓度下降,传感器就会将这些物质释放出来,并关闭离子通道。目前已确认至少可反复使用6次”(竹内)。因此,“使用前可冷冻储存气味传感器,使用时整体更换传感器盒”(竹内)。另外,“如果是在放入流路之前的话,卵本身就有很长的寿命”(竹内)。

  据东京大学生产技术研究所介绍,此次利用的是具有以前曾研究过的荷尔蒙的膜蛋白质,在以往的研究中,从蚊子触角细胞中采取了约50种膜蛋白质并成功地植入蛙卵。“除了从多种昆虫寻找特定的气味物质外,还进行了人工合成受体的研究”(竹内)。对于人类的气味或味觉受体细胞,竹内表示由于“只发现了在接受气味物质后蛋白质本身发生连锁变形的类型”的缘故,因此人类的气味或味觉受体细胞还无法应用于此次的气味传感器。