Erittäin herkkä biohybridinen hajuanturi

Herkkien haihtuvien yhdisteiden anturin rakenne.

Suurempi kuva

Elektroniset anturit mahdollistavat koneiden havaita ja kvantifioida ympäristöään optisesti, akustisesti ja fyysisesti. Hajuaisti on kuitenkin osoittautunut erittäin vaikeaksi jäljitellä keinotekoisesti. Evoluutio on kehittänyt erilaisia hajureseptoreita miljoonien vuosien ajan ja nyt tutkijat yrittävät päästä samalle tasolle.

"Hajut eli ilmassa olevat kemialliset tunnisteet sisältävät hyödyllistä tietoa tutkittavista ympäristöistä tai näytteistä. Tätä informaatiota ei kuitenkaan hyödynnetä hyvin, koska antureilta puuttuu riittävä herkkyys ja selektiivisyys”, sanoo professori Shoji Takeuchi Tokion yliopiston biohybridijärjestelmien laboratoriosta.

”Toisaalta biologiset organismit käyttävät hajuinformaatiota erittäin tehokkaasti. Joten päätimme yhdistää olemassa olevat biologiset hajureseptorit suoraan keinotekoisiin järjestelmiin erittäin herkkien haihtuvien orgaanisten yhdisteiden tunnistusjärjestelmien luomiseksi. Kutsumme näitä biohybridiantureiksi."

Takeuchi ja hänen tiiminsä muokkasivat tiettyjen hyönteisten hajureseptoreita tekniseen laitteeseen, joka syöttää hajuja näihin reseptoreihin ja myös lukee, miten reseptorit reagoivat näihin hajuihin. Hajureseptoreista peräisin olevien ionisähköisten signaalien analyysi osoittaa, mitkä molekyylit laukaisivat signaalit. Tämä menetelmä tuottaa suuren herkkyyden. Tämä on mahdollista siksi, että reseptorit ovat fyysisesti sidottu lipidisiin kaksoisrakenteisiin. Aikaisemmissa kokeissa tällainen menetelmä on rajoittanut hajujen kulkeutumista reseptoreihin, mutta nyt ryhmä loi tehokkaan ratkaisun myös tähän ongelmaan.

Reseptorit reagoivat molekyyleihin nestepisarassa, joten yksi tärkeimmistä haasteista oli tehdä laite molekyylien siirtämiseksi ilmasta nestepisaroihin. Tutkijat suunnittelivat hajunäytteiden kanaviin pisaran alle mikroraot, tehostamaan molekyylien siirtymistä.

Kehittämänsä järjestelmän avulla tutkijat pystyivät havaitsemaan jälkiä kemiallisesta oktenolista, jota kutsutaan myös sienialkoholiksi ja jonka tiedetään houkuttelevan hyttysiä, testattavan henkilön hengityksessä. Lisäksi uusi VOC-anturi pystyi havaitsemaan pitoisuudet miljoonasosissa. Tämä on vielä tuhat kertaa vähemmän kuin koiran nenän herkkyys, mutta se on kuitenkin vaikuttava saavutus ja on innoittanut tiimiä jatkamaan innovaatiotaan.

Aiheesta aiemmin:

Elektroninen nenä MOF-materiaaleista

Ultraherkkiä antureita