昆虫嗅觉受体与半导体芯片集成的电子鼻

美国加州大学圣迭戈分校的研究团队近日取得了一项重要突破——他们从一种名为石蛃的昆虫体内提取出嗅觉受体，并将其成功整合到石墨烯半导体芯片上，打造出一款高性能“电子鼻”。这款仿生传感器能够精准检测多种有机化合物，灵敏度极高。未来，该技术在医疗诊断、环境监测、食品品控、农业生产以及生物防御等领域均具有广阔的应用前景。相关研究成果已发表于国际权威期刊《先进材料》。

研究团队首先开发出一套可实现大规模生产的石蛃MhOR5嗅觉受体制备方法，随后将纯化后的MhOR5蛋白通过化学键合的方式，牢固地“锚定”在高性能石墨烯场效应晶体管（gFET）上。gFET是一种以石墨烯替代硅作为导电材料的半导体器件，对分子层面的微小变化具有极高的敏感度。

在后续测试中，团队让这款功能化传感器分别“嗅闻”避蚊胺、己醇、丁香酚等16种化学结构各不相同的化合物。结果令人振奋——针对每一种物质，传感器均能输出清晰且随浓度变化的电信号，展现出极强的辨别能力。

为了完成MhOR5受体的制备、纯化与集成，团队首先获取其基因序列，经合成后导入哺乳动物细胞中进行表达。随后从细胞膜中提取出MhOR5蛋白，发现其四聚体结构在-80°C环境下保存三个月仍能保持稳定，即使经历多次冻融循环也未见损伤。

接着，团队利用碳二亚胺交联剂与PBASE分子，将纯化后的MhOR5蛋白通过化学键合方式连接到gFET的石墨烯表面。PBASE相当于一座精巧的“分子桥梁”，能够可靠地将蛋白质等生物大分子与石墨烯等碳基纳米材料连接起来。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。