ساخت بینی مصنوعی با حساسیت زیاد در تشخیص بوها

به گزاش خبرگزاری صدا و سیما ، پژوهشگران موسسه فناوری توکیو حسگر‌های بویایی مبتنی بر گرافن ساختند که می‌توانند مولکول‌های بو را بر اساس طراحی توالی پپتید تشخیص دهند .

این یافته‌ها نشان می‌دهد که ترانزیستور‌های اثر میدان گرافن (GFET) با پپتید‌های قابل طراحی می‌توانند برای توسعه دستگاه‌های الکترونیکی استفاده شوند که گیرنده‌های بویایی را تقلید می‌کنند و با تشخیص انتخاب مولکول‌های بو، حس بویایی را شبیه‌سازی می‌کنند.

سنجش بویایی یا سنجش بو بخشی جدایی‌ناپذیر از بسیاری از صنایع از جمله مراقبت‌های بهداشتی، مواد غذایی، لوازم آرایشی و نظارت بر محیط زیست است. در حال حاضر، متداول‌ترین تروش برای تشخیص و برآورد مولکول‌های بو، طیف سنجی کروماتوگرافی گازی (GC -MS) است. این روش اگرچه بسیار مؤثر است، اما محدودیت‌هایی مانند حجیم بودن و حساسیت محدود دارد.

در سال‌های اخیر، ترانزیستور‌های اثر میدانی گرافن (GFET) با ادغام با گیرنده‌های بویایی، که به‌عنوان بینی‌های الکترونیکی نیز شناخته می‌شوند، برای توسعه حسگر‌های بوی بسیار حساس و انتخابی استفاده شده‌اند.

سطوح اتمی مسطح و تحرک الکترونی زیاد سطوح گرافن، GFET‌ها را برای جذب مولکول‌های بو ایده‌آل می‌کند. با این حال، استفاده از GFET به عنوان حسگر‌های زیستی الکتریکی به شدت توسط عواملی مانند شکنندگی گیرنده‌ها و عدم وجود مولکول‌های مصنوعی جایگزین که می‌توانند به‌عنوان گیرنده‌های بویایی عمل کنند، به شدت محدود است.

تیمی از محققان موسسه فناوری توکیو به رهبری پروفسور یوحی هایمیزو تصمیم گرفتند این مسائل را با گیرنده‌های بویایی مبتنی بر GFET برطرف کنند. در مطالعه اخیر خود، این تیم سه پپتید جدید را برای زیست‌حسگر‌های گرافنی طراحی کردند و توسعه دادند که می‌توانند مولکول‌های بو را تشخیص دهند.

پروفسور هایامیزو می گوید : «توالی پپتید‌ها را برای انجام دو کارکرد اصلی طراحی کرده ایم یکی عمل به عنوان یک داربست بیومولکولی برای مونتاژ خود بر روی یک سطح گرافن و دیگری عملکرد به عنوان یک پروب زیستی برای اتصال مولکول‌های بو است.

در این فناوری کافی است که سطح گرافن را به صورت خودآرا بپوشانید و سطح را به طور یکنواخت برای گیراندازی مولکول‌های بو آماده کنید.»

این تیم میکروسکوپ نیروی اتمی را به کار برد تا نشان دهد پپتید‌ها به طور یکنواخت سطح گرافن را با ضخامت یک مولکول واحد پوشانده‌اند. سپس از گرافن عامل‌دار برای ساخت یک GFET برای تشخیص مولکول‌های بو استفاده شد. پس از طراحی و ساخت، این تیم لیمو، منتول و متیل سالیسیلات را به عنوان مولکول‌های بوی نمونه آزمایشی به GFET تزریق کردند.

اندازه گیری الکتروشیمیایی نشان داد که اتصال با مولکول‌های بو باعث کاهش هدایت گرافن می‌شود. این مشاهدات همچنین نشان داد که تعامل بین سه دنباله پپتید و مولکول بو باعث ایجاد امضا‌های بسیار مشخص می‌شود. این نتایج تأیید کرد که پاسخ GFET به مولکول‌های بو بستگی به طراحی پپتید دارد.

علاوه بر این، این تیم اندازه‌گیری‌های الکتریکی در زمان واقعی را برای نظارت بر پاسخ جنبشی GFET انجام داد. مشاهدات نشان داد که محدودیت زمان مرتبط با جذب و دفع مولکول‌های بو برای هر یک از توالی پپتید‌ها بی‌نظیر است. مشاهدات تأیید کرد که GFET در تشخیص الکتریکی مولکول‌های بو با کمک پپتید‌های طراحی شده موفق بوده است.

پروفسور هایمیزو می‌گوید: «رویکرد ما ساده است و می‌تواند برای تولید انبوه گیرنده‌های بویایی مبتنی بر پپتید استفاده شوند که می‌توانند گیرنده‌های پروتئین طبیعی را که مسئول حس بوی ما هستند را تقلید کنند. ما یک قدم نزدیک‌تر به تحقق مفهوم بینی‌های الکترونیکی هستیم.»

رویکرد قوی ارائه شده در این مطالعه در‌های جدیدی را برای توسعه سیستم‌های بوی بسیار انتخابی و حساس مبتنی بر GFET باز می‌کند. این بینش‌ها را می‌توان هنگام طراحی حسگر‌های پیشرفته پپتید که می‌توانند تجزیه و تحلیل چند بعدی از طیف وسیعی از مولکول‌های بو را انجام دهند، استفاده کرد.