Pagbibigay ng mga computer ng masidhing pang-amoy – lumikha ang mga mananaliksik ng biohybrid olfactory sensor

Ang mga diagram ng iskematika na nagpapakita ng network ng mga tubo at channel na bumubuo sa sensor ng VOC. May-akda: © 2020 AAAS / Takeuchi et al.

Ang matinding pakiramdam ng amoy ay isang malakas na kakayahang ibinahagi ng maraming mga organismo. Gayunpaman, napatunayan na mahirap magparami ng artipisyal. Pinagsama ng mga mananaliksik ang mga elemento ng biological at engineering upang lumikha ng tinatawag na sangkap na biohybrid. Ang kanilang sensor ng pabagu-bago ng organikong mga compound ay maaaring mabisang nakakakita ng mga amoy sa gaseous form. Inaasahan nilang mapabuti ang konsepto para sa medikal na pagsusuri at pagtuklas ng mga mapanganib na materyales.

Ang mga elektronikong aparato tulad ng camera, microphones at pressure sensors ay pinapayagan ang mga machine na pumili ng optiko, acoustically at pisikal na makita at mabilang ang kapaligiran. Gayunpaman, ang pakiramdam ng amoy, sa kabila ng katotohanang ito ay isa sa mga pinaka pangunahing pandama ng kalikasan, napakahirap magparami ng artipisyal. Ang ebolusyon ay ginawang perpekto ang kahulugan na ito sa loob ng milyun-milyong taon, at ang mga mananaliksik ay nagsusumikap upang abutin sila.


Ang matinding pakiramdam ng amoy ay isang malakas na kakayahang ibinahagi ng maraming mga organismo. Gayunpaman, napatunayan na mahirap magparami ng artipisyal. Pinagsama ng mga mananaliksik ang mga elemento ng biological at engineering upang lumikha ng tinatawag na sangkap na biohybrid. Ang kanilang sensor ng pabagu-bago ng organikong mga compound ay maaaring mabisang nakakakita ng mga amoy sa gaseous form. Inaasahan nilang mapabuti ang konsepto para sa medikal na pagsusuri at pagtuklas ng mga mapanganib na materyales. May-akda: © 2020 AAAS / Takeuchi et al.

“Ang mga hindi kasiya-siyang amoy na nilalaman ng hangin ay maaaring maglaman ng kapaki-pakinabang na impormasyon tungkol sa kapaligiran o mga sample na pinag-aaralan. Gayunpaman, ang impormasyong ito ay hindi maganda ginagamit dahil sa kakulangan ng mga sensor na may sapat na pagiging sensitibo at pagpili, “sinabi ni Propesor Shoji Takeuchi ng Biohybrid Systems Laboratory sa University of Tokyo. “Sa kabilang banda, ang mga biological na organismo ay gumagamit ng impormasyong pang-amoy nang lubos na mabisa. Samakatuwid, nagpasya kaming pagsamahin ang mga umiiral na biological sensor nang direkta sa mga artipisyal na system upang lumikha ng mga sensitibong pabagu-bago ng isip na mga compound ng organic compound (VOC). Tinatawag namin ang mga biohybrid sensor na ito. “

Ang Takeuchi at ang kanyang koponan ay mahalagang inoculated ng isang hanay ng mga olfactory receptor mula sa isang insekto sa isang aparato na naghahatid ng ilang mga amoy sa mga receptor at binabasa din kung paano tumugon ang mga receptor sa mga amoy na iyon. Ang pagtatasa ng mga de-koryenteng signal mula sa olfactory receptor ay nagpapakita kung aling mga molekula ang sanhi ng mga senyas. Ang pamamaraang ito ay nagbibigay ng higit na pagiging sensitibo at posible dahil sa paraan ng mga pisikal na nakatali na mga receptor sa lipid bilayers. Sa mga nakaraang eksperimento, nilimitahan ng pamamaraang ito ang paraan ng paghahatid ng amoy sa mga receptor, ngunit lumikha rin ang koponan ng isang mabisang solusyon sa problema.

Mga detalye ng sensor ng VOC

Ang mga larawan ng isang sensor ng VOC at isa sa mga aparatong nagpapalitan ng molekula nang malapit. May-akda: © 2020 AAAS / Takeuchi et al.

“Ang mga receptor ay tumutugon sa mga molekula sa isang patak ng likido, kaya ang isa sa mga pangunahing gawain ay gumawa ng isang aparato upang maglipat ng mga molekula mula sa kanilang hangin papunta sa mga patak na iyon,” sabi ni Takeuchi. “Kami ay nagdisenyo at gumawa ng mga micro-scale slits sa ilalim ng mga droplet na daanan upang mahimok ang pagpapalit na ito ng mga molekula. Sa pamamagitan ng pagpapakilala ng gas sa microsali, nagawa naming madagdagan ang posibilidad ng pakikipag-ugnay sa pagitan ng gas at ng drop at mahusay na ilipat ang mga target na molekula sa likido ”.

Sa sistemang ito, nakakakita ang mga mananaliksik ng mga bakas ng kemikal na oktanol, na tinatawag ding fungal alkohol, na kilalang nakakaakit ng mga lamok, sa hininga ng paksa. Hindi lamang iyon, ngunit ang sensor ng VOC ay makakakita ng mga konsentrasyon sa mga bahagi bawat bilyon. Ito ay halos isang libong beses na mas mababa kaysa sa pagiging sensitibo sa ilong ng isang aso, ngunit gayunpaman ito ay isang kahanga-hangang tagumpay at binigyang inspirasyon ang koponan na patuloy na magpabago.

“Nais kong palawakin ang masuri na bahagi ng system gamit ang ilang uri ng AI. Maaari nitong payagan ang aming mga biohybrid sensor na makakita ng mas kumplikadong mga uri ng mga molekula, “sabi ni Takeuchi. “Ang mga naturang pagpapabuti ay makakatulong para sa aming mga layunin hindi lamang upang masukat ang mga mapanganib na materyales at pinsala sa kapaligiran, ngunit marahil kahit na ang mga paunang yugto ng sakit mula sa paghinga at amoy ng mga pasyente.”

Sanggunian: “Mga Sensitive VOC Detector na Gumagamit ng Mga Insect Olfactory Receptors na Nabawasan sa Lipid Bysloids,” Tetsuya Yamada, Hirataka Sugiura, Hisatoshi Mimura, Koki Kamiya, Toshihisa Osaka, at Shoji Takeuchi, Enero 13, 2021. Mga pagsulong sa agham.
DOI: 10.1126 / sciadv.abd2013

Ang pag-aaral na ito ay bahagyang suportado ng Organization for the Development of New Energy and Industrial Technologies (NEDO), Japan, bigyan ng numero JSPS KAKENHI JP16H06329, MEXT Regional Innovation Ecosystem Building Program, Japan.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pagkuha ng Impormasyon sa Kasaysayan ng Neanderthal na Populasyon Gamit ang Sinaunang Nuclear DNA Mula sa Mga Ciment Sediment

Gallery sa lugar ng yungib ng mga estatwa sa hilagang Espanya. Kredito: Javier Trueba - Madrid Scientific Films Ang Mitochondrial DNA ng mga archaic...

Kung Paano Maaaring Lumaki ang Iba Pang Mga Karamdaman na Fungi Sa Maliit na Puwang

Ang isang pangkat na pinangunahan ng Tsukuba University ay natagpuan ang isang makabuluhang pagkakaiba na nagpapaliwanag kung bakit ang ilang mga species ng fungi...

Para sa Mga Tatanggap ng Transplant, Isang Pangatlong Dosis ng Bakuna sa COVID Maaaring Mag-alok ng Mas mahusay na Proteksyon

Ipinakita ng mga mananaliksik sa Johns Hopkins Medicine na tatlong dosis ng bakuna laban sa SARS-CoV-2-ang virus na sanhi ng pagtaas ng antas ng...

Ang mga sigla ng usok na nasa daang siglo na napanatili sa niyebe ay nagbubunyag ng isang maalab na nakaraan – at ang hinaharap...

Inisyu ni Harvard John a. Paulson School of Engineering at Applied Science Hunyo 18, 2021 Ang usok mula sa mga wildfires na gawa ng tao...

Inihanda ng NASA ang “Moonikin” na kumander para sa Artemis 1 lunar na misyon

Sa larawang ito, sinusubukan ng mga inhinyero ang isang pagsubok na panginginig ng boses sa upuan ng Orion at ang Chemini Space Center -...

Newsletter

Subscribe to stay updated.