حس بویایی رایانه ای – محققان یک حسگر بویایی هیبرید ایجاد می کنند

نمودارهای شماتیک نشانگر شبکه لوله ها و کانال هایی که سنسور VOC را تشکیل می دهند. اعتبار: © 2020 AAAS / Takeuchi و دیگران.
حس بویایی شدید توانایی قدرتمندی است که بسیاری از ارگانیسم ها از آن استفاده می کنند. با این حال ، ثابت شده است که تکرار آن به روش مصنوعی دشوار است. محققان با ترکیب عناصر بیولوژیکی و مهندسی آنچه را که به عنوان یک جز component بیوهیبرید شناخته می شود ، ایجاد کردند. سنسور ترکیب آلی فرار آنها می تواند بویایی را به صورت گازی تشخیص دهد. آنها امیدوارند که بتوانند مفهوم استفاده در تشخیص پزشکی و تشخیص مواد خطرناک را اصلاح کنند.
دستگاه های الکترونیکی مانند دوربین ها ، میکروفون ها و حسگرهای فشار ، ماشین ها را قادر می سازند تا محیط خود را به صورت نوری ، صوتی و فیزیکی حس کرده و کمی کنند. با این وجود ، حس بویایی ما علی رغم اینکه یکی از اولیه ترین حواس طبیعت است ، تکثیر مصنوعی آن بسیار دشوار است. تکامل در طول میلیون ها سال این حس را تصفیه کرده است و محققان سخت تلاش می کنند تا این روند را جبران کنند.
حس بویایی قوی توانایی قدرتمندی است که توسط موجودات زیادی با این حال ، ثابت شده است که تکرار آن به روش مصنوعی دشوار است. محققان با ترکیب عناصر بیولوژیکی و مهندسی آنچه را که به عنوان یک جز component بیوهیبرید شناخته می شود ، ایجاد کردند. سنسور ترکیب آلی فرار آنها می تواند بویایی را به صورت گازی تشخیص دهد. آنها امیدوارند که بتوانند مفهوم استفاده در تشخیص پزشکی و تشخیص مواد خطرناک را اصلاح کنند. اعتبار: © 2020 AAAS / Takeuchi و دیگران.

“بوها ، امضاهای شیمیایی موجود در هوا ، می توانند اطلاعات مفیدی درباره محیط ها یا نمونه های تحت تحقیق داشته باشند. با این حال ، به دلیل کمبود سنسور با حساسیت و انتخاب کافی ، این اطلاعات به خوبی قابل استفاده نیست. “پروفسور شوجی تاکهوچی از آزمایشگاه سیستم های بیوهیبرید در دانشگاه توکیو گفت. “از طرف دیگر ، ارگانیسم های بیولوژیکی از اطلاعات بو بسیار کارآمد استفاده می کنند. بنابراین ما تصمیم گرفتیم سنسورهای بیولوژیکی موجود را مستقیماً با سیستم های مصنوعی ترکیب کنیم و حسگرهای ترکیب آلی فرار (VOC) بسیار حساس ایجاد کنیم. ما به این سنسورهای بیوهیبرید می گوییم. ”
تاكوچي و تيمش اساساً يكي از گيرنده هاي بويايي را از حشره به دستگاهي پيوند زده اند كه بوهاي خاصي را براي گيرنده ها تغذيه مي كند و همچنين چگونگي پاسخ گيرنده ها به اين بوها را نيز مي خواند. تجزیه و تحلیل سیگنال های الکتریکی گیرنده های بویایی نشان می دهد که چه مولکول هایی سیگنال ها را تحریک می کنند. این روش حساسیت زیادی به همراه دارد و به لطف نحوه اتصال فیزیکی گیرنده ها در لایه های دو لایه چربی امکان پذیر است. در آزمایش های قبلی ، چنین روشی راه انتقال بو را به گیرنده ها محدود کرده است ، اما تیم همچنین یک راه حل کارآمد برای این مشکل ایجاد کرده است.
عکس های سنسور VOC و یکی از دستگاه های تبادل مولکول از نزدیک. اعتبار: © 2020 AAAS / Takeuchi و دیگران.
تاكوچی گفت: “گیرنده ها به مولكول های موجود در قطره مایع واکنش نشان می دهند ، بنابراین یكی از چالش های اصلی ساخت دستگاهی برای پیوند مولكول ها از هوا به داخل این قطرات است.” “ما در زیر محل عبور قطره ، شکافهای ریز مقیاس را طراحی و ساخته ایم تا این تبادل مولکول ها را مجبور کند. با ورود گاز به میکروسلیت ، ما توانستیم احتمال تماس بین گاز و قطره را افزایش دهیم و مولکول های هدف را به طور مایع به مایع منتقل کنیم. ”
با استفاده از این سیستم ، محققان توانستند رد آثار شیمیایی اکتنول ، که به آن الکل قارچ نیز گفته می شود ، شناخته شده است که باعث جذب پشه ها می شود ، در تنفس آزمودنی ها. نه تنها این بلکه سنسور VOC می تواند غلظت ها را به ترتیب قطعات در میلیارد تشخیص دهد. این حدود هزار برابر کمتر از حساسیت بینی سگ است اما با این وجود یک موفقیت چشمگیر است و این تیم را به ادامه نوآوری الهام داده است.
“من می خواهم با استفاده از نوعی هوش مصنوعی ، جنبه تحلیلی سیستم را گسترش دهم. این می تواند حسگرهای بیوهیبرید ما را قادر به شناسایی انواع پیچیده تری از مولکول ها کند. ” “چنین اصلاحاتی ممکن است به اهداف ما کمک کند تا نه تنها مواد خطرناک و خطرات زیست محیطی را اندازه گیری کنیم بلکه حتی ممکن است مراحل اولیه بیماری ها از نفس کشیدن و بوی بدن بیماران باشد.”
مرجع: “آشکارسازهای VOC بسیار حساس با استفاده از گیرنده های بویایی حشرات که در لایه های دو لایه لیپیدی بازسازی شده اند” توسط Tetsuya Yamada ، Hirotaka Sugiura ، Hisatoshi Mimura ، Koki Kamiya ، Toshihisa Osaki و Shoji Takeuchi ، 13 ژانویه 2021 ، پیشرفتهای علمی em >.
DOI: 10.1126 / sciadv.abd2013
این مطالعه تا حدی توسط سازمان توسعه انرژی و فناوری نوین صنعتی (NEDO) ، ژاپن ، توسط JSPS KAKENHI شماره اعطای JP16H06329 ، توسط برنامه ساخت اکوسیستم نوآوری منطقه ای MEXT ، ژاپن پشتیبانی می شود.