Hybrydowy nos dla robota

Elektroniczne nosy zatrudniono do wykrywania zepsutych materiałów na liniach produkcyjnych. Nie są one jednak zbyt dokładne. W założeniu kwarcowe pręciki mają drgać z inną częstotliwością, gdy zwiążą się z substancją docelową. Okazuje się jednak, że e-nos łatwo zmylić, gdyż nieco inne związki z cząsteczkami o podobnej wadze dają bowiem fałszywie pozytywne wyniki. Jak temu zaradzić? Skorzystać z wynalazków natury, w tym przypadku ze skrzeku żaby szponiastej (Xenopus laevis).

Zespół bioinżyniera Shoji Takeuchiego z Uniwersytetu Tokijskiego zmodyfikował niedojrzałe żabie jaja, wprowadzając do nich fragmenty DNA jedwabnika morwowego, tantnisia krzyżowiaczka i muszki owocowej. Chodziło o to, by dochodziło w nich do ekspresji białek będących receptorami węchu. Japończycy wybrali afrykańskiego płaza, ponieważ jest on dokładnie przebadany i wiadomo, jak zachodzi ekspresja protein. Następnie komórki umieszczono między elektrodami w specjalnie zaprojektowanym, wypełnionym cieczą kartridżu i mierzono przepływ sygnałów elektrycznych w odpowiedzi na wiążące się z receptorami rozmaite cząsteczki zapachowe. Okazało się, że taki nos jest w stanie odróżnić bardzo podobne molekuły.

Wstrzyknęliśmy DNA do oocytów i w ten sposób uzyskaliśmy bardzo użyteczny i tani czujnik. Zastosowaliśmy 3 rodzaje feromonów i jeden środek zapachowy (odorant), wszystkie bardzo podobne chemicznie, a one [jaja] potrafiły bez problemu odseparować i wykryć różne typy zapachów oraz związków. Wrażliwość żabiego czujnika wynosi kilka części wagowych substancji w miliardzie (10⁹) części wagowych roztworu. Aparat umie naraz rozpoznać kilka związków, które różnią się, dajmy na to, tylko izomerią wiązania podwójnego bądź grupą funkcyjną, np. ─OH, ─CHO czy ─C(═O)─.

Takeuchi stworzył nawet robota, który kręci głową, gdy jego nos z prawdziwego zdarzenia wyczuje feromony ćmy. Naukowcy z Kraju Kwitnącej Wiśni zamierzają rozbudować opisaną technologię. Już teraz cieszą się, że wspólny zmysł węchu może rozciągnąć nową nić porozumienia między człowiekiem a maszyną.

Ekipa z Tokio ma nadzieję, że dzięki jej wynalazkowi uda się zaprojektować lepsze urządzenia do wykrywania gazowych zanieczyszczeń powietrza, np. dwutlenku węgla. Komar znajduje ludzi właśnie dzięki CO₂, co oznacza, że dysponuje receptorami do jego detekcji. Gdyby więc wyekstrahować materiał genetyczny owada i wprowadzić go do skrzeku, stworzenie odpowiedniego sensora powinno się powieść.

żaba szponiasta skrzek jaja robot białko receptory węchowe e-nos Xenopus laevis Shoji Takeuchi