Les chercheurs créent un capteur olfactif biohybride hautement sensible

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Quelle est l'odeur de votre ordinateur?
Diagrammes schématiques montrant le réseau de tubes et de canaux qui composent le capteur COV. Crédit: © 2020 AAAS / Takeuchi et al.

Un odorat aigu est une capacité puissante partagée par de nombreux organismes. Cependant, il s’est avéré difficile à reproduire par des moyens artificiels. Les chercheurs ont combiné des éléments biologiques et techniques pour créer ce que l’on appelle un composant biohybride. Leur capteur de composés organiques volatils peut détecter efficacement les odeurs sous forme gazeuse. Ils espèrent affiner le concept pour une utilisation dans le diagnostic médical et la détection de matières dangereuses.

Les appareils électroniques tels que les caméras, les microphones et les capteurs de pression permettent aux machines de détecter et de quantifier leurs environnements optiquement, acoustiquement et physiquement. Cependant, notre odorat, bien qu’il soit l’un des sens les plus primitifs de la nature, s’est avéré très difficile à reproduire artificiellement. L’évolution a affiné ce sens au cours de millions d’années et les chercheurs travaillent d’arrache-pied pour rattraper leur retard.

« Les odeurs, les signatures chimiques en suspension dans l’air peuvent véhiculer des informations utiles sur les environnements ou les échantillons en cours d’investigation. Cependant, ces informations ne sont pas bien exploitées en raison d’un manque de capteurs avec une sensibilité et une sélectivité suffisantes », a déclaré le professeur Shoji Takeuchi du laboratoire des systèmes biohybrides du Université de Tokyo. « D’un autre côté, les organismes biologiques utilisent les informations sur les odeurs de manière extrêmement efficace. Nous avons donc décidé de combiner directement les capteurs biologiques existants avec des systèmes artificiels pour créer des capteurs de composés organiques volatils (COV) très sensibles. Nous appelons ces capteurs biohybrides. »

Takeuchi et son équipe ont essentiellement greffé un ensemble de récepteurs olfactifs d’un insecte dans un appareil qui alimente certaines odeurs vers les récepteurs et lit également comment les récepteurs répondent à ces odeurs. L’analyse des signaux électriques des récepteurs olfactifs indique quelles molécules ont déclenché les signaux. Cette méthode donne une grande sensibilité et est possible grâce à la façon dont les récepteurs sont physiquement liés dans les bicouches lipidiques. Dans des expériences précédentes, une telle méthode a limité la manière dont les odeurs peuvent être transmises aux récepteurs, mais l’équipe a également créé une solution efficace à ce problème.

Un odorat aigu est une capacité puissante partagée par de nombreux organismes. Cependant, il s’est avéré difficile à reproduire par des moyens artificiels. Les chercheurs ont combiné des éléments biologiques et techniques pour créer ce que l’on appelle un composant biohybride. Leur capteur de composés organiques volatils peut détecter efficacement les odeurs sous forme gazeuse. Ils espèrent affiner le concept pour une utilisation dans le diagnostic médical et la détection de matières dangereuses. Crédit: © 2020 AAAS / Takeuchi et al.

« Les récepteurs réagissent aux molécules dans une gouttelette liquide, donc l’un des principaux défis était de fabriquer un dispositif pour transplanter des molécules de leur air dans ces gouttelettes », a déclaré Takeuchi. « Nous avons conçu et fabriqué des fentes à l’échelle microscopique sous l’endroit où la gouttelette passe pour forcer cet échange de molécules. En introduisant le gaz dans la micro-fente, nous avons pu augmenter la probabilité de contact entre le gaz et la gouttelette et transférer efficacement les molécules cibles vers le fluide. . « 

Avec ce système, les chercheurs ont pu détecter des traces de l’octénol chimique, également appelé alcool de champignon, connu pour attirer les moustiques, dans l’haleine d’un sujet de test. Non seulement cela, mais le capteur de COV pouvait détecter des concentrations de l’ordre de parties par milliard. C’est environ mille fois moins que la sensibilité du nez d’un chien, mais c’est néanmoins une réalisation impressionnante qui a inspiré l’équipe à continuer à innover.

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Photographies de près du capteur COV et de l’un des dispositifs d’échange de molécules. Crédit: © 2020 AAAS / Takeuchi et al.

«Je voudrais développer le côté analytique du système en utilisant une sorte d’IA. Cela pourrait permettre à nos capteurs biohybrides de détecter des types de molécules plus complexes», a déclaré Takeuchi. «De telles améliorations pourraient aider à atteindre nos objectifs non seulement de mesurer les matières dangereuses et les risques environnementaux, mais peut-être même les premiers stades de maladies dus à l’haleine et à l’odeur corporelle des patients.


La réponse du nez aux odeurs plus qu’une simple somme de pièces

Plus d’information: T. Yamada et al. Détecteurs de COV très sensibles utilisant des récepteurs olfactifs d’insectes reconstitués en bicouches lipidiques. Progrès scientifiques (2021). avancements.sciencemag.org/lookup… .1126 / sciadv.abd2013
Fourni par l’Université de Tokyo

Citation: Des chercheurs créent un capteur olfactif biohybride hautement sensible (2021, 13 janvier) récupéré le 13 janvier 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-01-highly-sensitive-biohybrid-olfactory-sensor.html

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