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的团队最近搞了个大动作——从一种叫石蛃的昆虫体内提取出嗅觉受体，然后巧妙地整合到石墨烯半导体芯片上，造出了一只“电子鼻”。这只鼻子能嗅出多种有机化合物，灵敏度惊人。未来，这款仿生传感器有望在医疗诊断、环境监测、食品品控、农业生产乃至生物防御等领域大显身手。相关成果已经发表在《先进材料》杂志上。

团队首先开发了一套大规模制造石蛃MhOR5嗅觉受体的方法，接着把纯化后的MhOR5蛋白通过化学键合，稳稳地“锚定”在高性能石墨烯场效应晶体管（gFET）上。gFET是一种用石墨烯替代硅作为导电材料的半导体器件，对分子层面的细微变化极其敏感。

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。结果相当惊艳——面对每一种物质，传感器都给出了清晰且随浓度变化的电信号，辨别力极强。

为了制造、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。接着，从细胞膜中提取出MhOR5蛋白，发现其四聚体结构在-80°C环境下存放三个月依然稳定，就算经历数次冻融也毫发无损。

然后，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”，能把蛋白质这类生物大分子与石墨烯等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。