Schémata znázorňující síť trubicových vln, které tvoří snímač VOC. Půjčka © 2020 AAAS / Takeuchi et al.
Akutní čich je silná schopnost sdílená mnoha organismy. Ukázalo se však, že je obtížné uměle se replikovat. Vědci spojili biologicky navržené prvky a vytvořili takzvanou biohybridní složku. Jejich senzor těkavých organických sloučenin dokáže účinně detekovat pachy v plynné formě. Doufají, že zlepší koncepci používání nebezpečných látek v lékařské diagnostice.
Elektronická zařízení, jako jsou kamery, mikrofony, snímače tlaku, umožňují automobilům opticky, akusticky, fyzicky porozumět a kvantifikovat jejich prostředí. Náš čich, i když je to jeden z nejdůležitějších smyslů přírody, je velmi obtížné uměle napodobit. Evolution zdokonaluje tento koncept po miliony let a vědci tvrdě pracují na jeho dosažení.
Akutní čich je silná schopnost sdílená mnoha organismy. Ukázalo se však, že je obtížné uměle se replikovat. Vědci spojili biologicky navržené prvky a vytvořili takzvanou biohybridní složku. Jejich senzor těkavých organických sloučenin dokáže účinně detekovat pachy v plynné formě. Doufají, že zlepší koncepci používání nebezpečných látek v lékařské diagnostice. Půjčka © 2020 AAAS / Takeuchi et al.
„Vůně, vzdušné chemické podpisy mohou poskytnout užitečné informace o prostředí nebo studovaných vzorcích. Tyto informace však nejsou dobře využívány kvůli nedostatku dostatečných senzorů citlivosti a selektivity, “uvedl Shoji Takeuchi, profesor laboratoře biohybridních systémů na tokijské univerzitě. „Na druhé straně biologické organismy využívají informace o vůni velmi efektivně. Rozhodli jsme se tedy kombinovat existující biologické senzory přímo s umělými systémy a vytvořit senzory vysoce citlivých těkavých organických látek (VOC). Říkáme jim biohybridní senzory. “
Takeucci թիմ a jeho tým v zásadě naočkovali zařízení odpuzující hmyz na receptor, který dává receptorům specifický zápach a čte, jak receptory na tyto pachy reagují. Analýza elektrických signálů z čichových receptorů ukazuje, které molekuly signál produkovaly. Tato metoda poskytuje velkou citlivost և možnou prostřednictvím fyzické vazby receptorů v lipidových dvojvrstvách. V předchozích experimentech tato metoda omezovala způsob, jakým se pachy dostaly na receptory, ale tým také přišel s efektivním řešením tohoto problému.
Detailní fotografie jednoho ze zařízení pro výměnu molekul senzoru VOC. Půjčka © 2020 AAAS / Takeuchi et al.
„Receptory reagují na molekuly v kapce kapaliny, takže jedním z hlavních úkolů bylo připravit zařízení na transplantaci molekul z jejich vzduchu do těchto kapiček,“ řekl Takeucci. „Navrhli jsme a vytvořili mikroskopické trhliny, kde kapka prochází, aby tuto výměnu molekul vynutila. „Zavedením plynu do sterilizátoru jsme byli schopni zvýšit pravděpodobnost kontaktu plynu s kapičkami, který účinně přenese cílové molekuly do kapaliny.“
S tímto systémem byli vědci schopni detekovat stopy chemického oktenolu v dechu testovaného subjektu, nazývaného houbový alkohol, o kterém je známo, že přitahuje komáry. Nejen to, ale snímač VOC dokázal detekovat koncentrace v řádu miliard dílů. To je asi tisíckrát méně než citlivost psího nosu, ale stále je to působivý úspěch, který inspiroval tým k neustálým inovacím.
„Chtěl bych rozšířit analytickou stránku systému pomocí jakési AI. „Mohlo by to umožnit našim biohybridním senzorům detekovat složitější typy molekul,“ řekl Takeucci. „Takové čištění může pomoci našim cílům nejen měřit nebezpečné látky – rizika pro životní prostředí, ale možná i raná stadia onemocnění dýcháním pacientů, tělesným pachem.“
Odkaz. «Tetsuya Yamada, Hirotaka Sugiura, Hisatoshi Mimura, Koki Kamiya, Toshihisa Osaki a Shoji Takeuchi, 13. ledna 1321 Pokrok ve vědě,
DOI: 10.1126 / sciadv.abd2013:
Tuto studii částečně podporuje Energy Aponia New Energy Organization Industrial Technology Development Organisation (NEDO), JSPS KAKENHI číslo grantu JP16H06329, ME aponia MEXT regionální projekt rozvoje inovativních ekosystémů.