ساخت بینی مصنوعی که بوها را به خوبی تشخیص می‌دهد

به گزارش روز چهارشنبه گروه علم و آموزش ایرنا، حسگرهای بویایی مبتنی بر گرافن که می‌توانند مولکول‌های بو را بر اساس طراحی توالی پپتید تشخیص دهند به تازگی توسط محققان در موسسه فناوری توکیو ساخته شد.

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، متداول ترین 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.

براساس اعلام ستاد توسعه فناوری نانو، 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، GFET ها را برای جذب مولکول‌های بو ایده‌آل می‌کند. با این حال، استفاده از گرافن به عنوان حسگرهای زیستی الکتریکی به شدت توسط عواملی مانند شکنندگی گیرنده‌ها و فقدان مولکول‌های مصنوعی جایگزین که می‌توانند به‌عنوان گیرنده‌های بویایی عمل کنند، به شدت محدود است.

تیمی از محققان موسسه فناوری توکیو به سرپرستی دکتر یوحی هایمیزو تصمیم گرفتند این مسایل را با گیرنده‌های بویایی مبتنی بر ترانزیستورهای اثر میدانی گرافن برطرف کنند. در مطالعه اخیر خود، این تیم سه پپتید جدید را برای زیست‌حسگرهای گرافنی طراحی کرد و توسعه داد که می توانند مولکول‌های بو را تشخیص دهند.

هایامیزو در این زمینه توضیح داد: توالی پپتیدها که ما برای انجام دو کارکرد اصلی طراحی کرده ایم، عمل به عنوان یک داربست بیومولکولی برای مونتاژ خود بر روی یک سطح گرافن و 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 ترانزیستورهای اثر میدانی گرافن 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 ترانزیستورهای اثر میدانی گرافن به مولکول‌های بو بستگی به طراحی پپتید دارد.

علاوه بر این، این تیم اندازه‌گیری‌های الکتریکی در زمان واقعی را برای نظارت بر پاسخ جنبشی ترانزیستورهای اثر میدانی گرافن 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.

هایمیزو تصریح کرد: رویکرد ما ساده است و می‌تواند برای تولید انبوه گیرنده‌های بویایی مبتنی بر پپتید استفاده شوند که می‌توانند گیرنده‌های پروتئین طبیعی را که مسوول 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.