电子设备如摄像头、麦克风和压力传感器使机器能够从光学、声学和物理上感知和量化环境。然而，我们的嗅觉，尽管是自然界最原始的感官之一，却被证明是很难人工复制的。经过数百万年的进化，这种感觉已经得到了完善，研究人员正在努力追赶。
“气味，空气中的化学特征，可以携带有关环境或正在调查的样本的有用信息。然而，由于缺乏足够的灵敏度和选择性的传感器，这些信息并不能很好地利用起来。”东京大学生物混合系统实验室的Shoji Takeuchi教授说。“另一方面，生物有机体非常有效地利用气味信息。因此，我们决定将现有的生物传感器直接与人工系统结合起来，创造出高灵敏度的传感器挥发性有机化合物(VOC)传感器。我们称这些生物合成传感器。”
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Takeuchi和他的团队本质上是将一组昆虫的嗅觉感受器移植到一个设备上，该设备将特定的气味提供给感受器，并读取感受器对这些气味的反应。对来自嗅觉感受器的电信号的分析表明是什么分子触发了这些信号。这种方法具有很高的灵敏度，而且由于受体在脂质双分子层中的物理结合方式是可能的。在之前的实验中，这种方法限制了气味传递给受体的方式，但该团队也为这个问题创造了一个有效的解决方案。
Takeuchi说:“受体对液滴中的分子做出反应，所以主要的挑战之一是制造一种设备，将空气中的分子移植到这些液滴中。”“我们设计并制造了微尺度的缝隙，液滴在下方通过，以迫使分子交换。通过将气体引入微缝中，我们能够增加气体与液滴之间的接触概率，并有效地将目标分子转移到流体中。”
有了这个系统，研究人员能够在测试对象的呼吸中检测到微量化学物质辛烯醇，也被称为蘑菇醇，众所周知，这种物质会吸引蚊子。不仅如此，VOC传感器还可以检测到十亿分之一的浓度。这只比狗的鼻子敏感度低1000倍，但这仍然是一个令人印象深刻的成就，并激励团队继续创新。
“我想通过使用某种AI来扩展系统的分析层面。这将使我们的生物混合传感器能够检测更复杂的分子。”Takeuchi说。“这些改进可能不仅有助于我们实现测量有害物质和环境危害的目标，还可能有助于通过患者的呼吸和体味来检测疾病的早期阶段。”
这项研究已经发表在科学的进步。
来源:东京大学
