Oferind computerelor un simț al mirosului sensibil – Cercetătorii creează senzor de plante bio-hibrid

Diagrame schematice care arată rețeaua de conducte și conducte care alcătuiesc senzorul VOC. Credit: © 2020 AAAS / Takeuchi și colab.

Un simț al mirosului puternic este o abilitate puternică împărtășită de multe organisme. Cu toate acestea, s-a dovedit dificil de copiat prin mijloace artificiale. Cercetătorii au combinat elemente biologice și elemente tehnice pentru a crea ceea ce este cunoscut sub numele de compus biohibrid. Senzorul lor volatil de compoziție organică poate detecta în mod eficient mirosurile sub formă gazoasă. Ei speră să perfecționeze conceptul de utilizare în diagnosticul medical și detectarea materialelor periculoase.

Dispozitivele electronice, cum ar fi camerele, microfoanele și senzorii de presiune, permit mașinilor să înțeleagă și să cuantifice mediile lor optic, acustic și fizic. Cu toate acestea, simțul mirosului nostru, în ciuda faptului că este unul dintre cele mai primare simțuri ale naturii, sa dovedit a fi foarte dificil de copiat artificial. Evoluția a rafinat această înțelegere de milioane de ani și cercetătorii lucrează din greu pentru a o atinge.


Un simț al mirosului puternic este o abilitate puternică împărtășită de multe organisme. Cu toate acestea, s-a dovedit dificil de copiat prin mijloace artificiale. Cercetătorii au combinat elemente biologice și elemente tehnice pentru a crea ceea ce este cunoscut sub numele de compus biohibrid. Senzorul lor volatil de compoziție organică poate detecta în mod eficient mirosurile sub formă gazoasă. Ei speră să perfecționeze conceptul de utilizare în diagnosticul medical și detectarea materialelor periculoase. Credit: © 2020 AAAS / Takeuchi și colab.

„Vânturile, semnăturile chimice ale aerului, pot conține informații utile despre medii sau eșantioane care fac obiectul anchetei. Cu toate acestea, aceste informații nu sunt bine folosite din cauza lipsei de senzori cu sensibilitate și selectivitate suficientă “, a spus profesorul Shoji Takeuchi de la Laboratorul de sisteme biohibride de la Universitatea din Tokyo. „Pe de altă parte, organismele biologice folosesc informații aromatice extrem de eficiente. Așadar, am decis să combinăm senzorii biologici existenți direct cu sistemele artificiale pentru a crea senzori compuși organici volatili foarte sensibili (COV). Acești senzori îi numim biohibrizi. ”

Takeuchi și echipa sa au grefat, în esență, un set de receptori olfactivi de la o insectă într-un dispozitiv care alimentează anumite mirosuri către receptori și, de asemenea, citește cum reacționează receptorii la aceste mirosuri. Analiza semnalelor electrice de către receptorii olfactivi indică ce molecule au provocat semnalele. Această metodă oferă o mare sensibilitate și este posibilă datorită modului în care receptorii sunt legați fizic în cadrul a două straturi lipidice. În experimentele anterioare, o astfel de metodă a limitat modul în care parfumurile sunt distribuite către receptori, dar echipa a creat și o soluție eficientă la această problemă.

Detalii senzor VOC

Fotografii în prim plan ale senzorului VOC și ale unuia dintre dispozitivele de schimb de molecule. Credit: © 2020 AAAS / Takeuchi și colab.

„Receptorii reacționează la molecule într-un punct lichid, astfel încât una dintre principalele provocări a fost să devină un dispozitiv de transplantare a moleculelor din aer în aceste puncte”, a spus Takeuchi. „Am proiectat și fabricat fisuri microscopice sub punctul de trecere pentru a forța acest schimb de molecule. “Prin introducerea gazului în microscop, am reușit să creștem probabilitatea de contact între gaz și punct și să transferăm moleculele țintă în lichid în mod eficient.”

Cu acest sistem, cercetătorii au reușit să detecteze urme ale octenolului chimic, cunoscut și sub denumirea de alcool fungic, despre care se știe că atrage țânțarii, în spiritul unui subiect testat. Nu numai asta, dar senzorul VOC poate detecta concentrații în ordinea părților pe miliard. Aceasta este de aproximativ o mie de ori mai mică decât sensibilitatea nasului unui câine, dar este totuși o realizare impresionantă și a inspirat echipa să continue să inoveze.

„Aș dori să mă extind pe partea analitică a sistemului folosind un fel de AI. „Acest lucru ar putea permite senzorilor noștri biohibri să detecteze tipuri mai complexe de molecule”, a spus Takeuchi. „Astfel de rafinamente ne pot ajuta obiectivele nu numai pentru a măsura materialele periculoase și pericolele pentru mediu, ci și pentru stadiile incipiente ale bolilor cauzate de respirația și mirosul corporal al pacienților”.

Referință: „Detectoare VOC extrem de sensibile care utilizează receptori de insecte restructurate în două straturi lipidice” de Tetsuya Yamada, Hirotaka Sugiura, Hisatoshi Mimura, Koki Kamiya, Toshihisa Osaki și Shoji Takeuchi, 13 ianuarie 2021, Progrese în știință.
DOI: 10.1126 / sciadv.abd2013

Acest studiu este susținut parțial de New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), Japonia, de JSPS KAKENHI Grant Number JP16H06329, de MEXT Regional Innovation Ecosystem Building Program, MEXT, Japonia.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ouă de pasăre marine contaminate cu cocktail chimic de aditivi din plastic

Pui de pescăruș și ouă. Credit: profesorul Jon Blount Aditivii chimici utilizați în producția de plastic au fost găsiți în ouăle de pescăruș hering,...

Oglinzi comutabile create din metal lichid

Cercetătorii au dezvoltat o modalitate de a schimba în mod dinamic suprafața metalului lichid între stările reflectante (stânga sus și dreapta jos) și dispersie...

Dieta cu junk food poate crește riscul conducerii periculoase în rândul șoferilor de camioane

Dietele nesănătoase sunt asociate cu mai multă oboseală: principalul motiv al riscului crescut de accidente, spun cercetătorii. O dietă cu junk food poate crește oboseala...

Fotosinteza artificială promite o sursă de energie curată și durabilă

Oamenii pot face multe lucruri pe care plantele nu le pot face. Putem să ne plimbăm, putem vorbi, putem auzi și vedea și...

Gheața de mare din Arctica devine mai subțire de două ori mai repede decât era de așteptat

Gheața arctică în declin a Pământului este fără îndoială una dintre cele mai mari victime ale schimbărilor climatice, ale căror consecințe sunt de anvergură,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.