仿生“電子鼻”面世
夏 雪 |
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gFET感測器架構示意圖及其上方的封裝芯片示
意圖
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| 仿生“電子鼻”面世 美國加州大學聖達戈分校生物工程師提取出昆蟲石蛃體內的嗅覺受體，將其巧妙地整合到石墨烯製成的半導體芯片上，打造出一只能嗅出多種有機化合物的“電子鼻”。這款仿生感測器未來可廣泛應用於醫療診斷、環境監測、食品品控、農業生產乃至生物防禦等領域。相關論文發表於新一期《先進材料》雜誌。 團隊開發了一套大規模製造石蛃MhOR5嗅覺受體的方法，然後將純化後的MhOR5蛋白通過化學方法穩穩地“錨定”在高性能石墨烯場效應電晶體(gFET)上。gFET是一種以石墨烯代替硅作為導電材料的半導體器件，對分子的細微變化極為敏感。 在隨後的測試中，團隊讓這款功能化的感測器去“嗅聞”避蚊胺、己醇、丁香酚等十六種化學結構各異的化合物。結果顯示，面對每一種物質，該感測器都給出了隨濃度變化的清晰電信號，顯示出極強的辨別力。 為製造、純化並集成MhOR5受體，團隊首先獲取了它的基因序列，合成後導入哺乳動物細胞中進行表達。隨後，他們從細胞膜中提取出MhOR5蛋白，發現其四聚體結構在-80℃的環境下存放三個月後依然穩定，就連經歷數次凍融也毫髮無傷。 接着，硏究團隊借助碳二亞胺交聯劑和PBASE分子，將純化的MhOR5蛋白以化學鍵合的方式連接到gFET的石墨烯表面。PBASE就像一座精巧的“分子橋樑”，能把蛋白質等生物大分子與石墨烯這類碳基納米材料可靠地連接起來。這也是MhOR5首次被直接集成到gFET上，實現了對微小有機化合物的無標記、高選擇性檢測。 夏雪
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