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陈根:研究开发微型传感器,利用蚊子嗅觉可检测癌症呼吸物质

2021-01-20  lindan9997

陈根

知名科技作家为你解读科技与生活的方方面面。14小时前

文/陈根

生物体中的嗅觉受体(OR)可以识别各种挥发性有机化合物(VOCs),其检测可达到实别单个分子的水平。与目前使用人工材料的VOC传感器相比,生物系统中的受体在选择性和灵敏度上都有很大的优势。这引起了科学家们的兴趣。

近年来,一种直接使用有机氧化合物作为传感元件的生物杂交传感器因其对挥发性有机化合物具有高选择性和高灵敏度的分子水平传感而备受关注。在这样的背景下,日本的一个研究小组称其开发出了一种微型传感器,利用蚊子嗅觉受体检测癌症患者呼吸中的一种气味物质。

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通常,使用ORs的生物混合传感器分为两类:基于细胞的和无细胞的。在基于细胞的传感器中,气味信号被检测为电信号或由细胞内反应引起的荧光强度变化。

而在无细胞传感器中,ORs可以重组成脂质双层,并且通过电生理记录在分子水平上分析受体的反应;一般来说,脂质双层可以通过接触覆盖有脂质单层的两个液滴而容易形成。此次研究中,研究人员则开发了一种无细胞VOC传感器,它与气流系统相结合,能够在低VOC浓度下实现高检测概率。

当然,这是基于蚊子的触角上的大约100种气味剂受体,每种受体都是为了检测特定的气味物质。这些受体位于嗅觉细胞的表面。当气味剂受体与特定的气味剂分子连接时,细胞膜上就会打开一个孔,让离子进入细胞,从而使气味被检测出来。

因此,研究人员能够创造了一种嵌入蚊子气味剂受体的人工细胞膜,可以检测到辛烯醇,这是一种存在于人类汗液中的化学物质,可以作为肝癌的生物标志物

此外,研究人员还制作了一个传感器来检测离子通过人工膜时产生的电流。研究人员通过缩小注射呼吸样本的路径,提高了传感器的灵敏度。据该团队介绍,一个饭盒大小的原型机在10分钟内就能检测到呼吸样本中浓度为0.5ppb的辛烯醇。

可以说,该系统扩展了生物气味传感的各种应用,包括呼吸诊断系统和环境监测。这也为癌症的检测开发了一种具有潜力的路径。

其研究结果已发表在《科学进展》上。

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