昆虫嗅觉受体与半导体芯片整合成电子鼻

美国加州大学圣迭戈分校生物工程师提取出昆虫石蛃体内的嗅觉受体，将其巧妙地整合到石墨烯制成的半导体芯片上，打造出一只能嗅出多种有机化合物的“电子鼻”。这款仿生传感器未来可广泛应用于医疗诊断、环境监测、食品品控、农业生产乃至生物防御等领域。相关论文发表于新一期《先进材料》杂志。

团队开发了一套大规模制造石蛃MhOR5嗅觉受体的方法，然后将纯化后的MhOR5蛋白通过化学方法稳稳地“锚定”在高性能石墨烯场效应晶体管（gFET）上。gFET是一种以石墨烯代替硅作为导电材料的半导体器件，对分子的细微变化极为敏感。

在随后的测试中，团队让这款功能化的传感器去“嗅闻”避蚊胺、己醇、丁香酚等16种化学结构各异的化合物。结果显示，面对每一种物质，该传感器都给出了随浓度变化的清晰电信号，显示出极强的辨别力。

为制造、纯化并集成MhOR5受体，团队首先获取了它的基因序列，合成后导入哺乳动物细胞中进行表达。随后，他们从细胞膜中提取出MhOR5蛋白，发现其四聚体结构在-80°C的环境下存放三个月后依然稳定，就连经历数次冻融也毫发无伤。

接着，团队借助碳二亚胺交联剂和PBASE分子，将纯化的MhOR5蛋白以化学键合的方式连接到gFET的石墨烯表面。PBASE就像一座精巧的“分子桥梁”，能把蛋白质等生物大分子与石墨烯这类碳基纳米材料可靠地连接起来。这也是MhOR5首次被直接集成到gFET上，实现了对微小有机化合物的无标记、高选择性检测。