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细胞与发育生物学研究所黄力全实验室在Biosensors&Bioelectronics发表论文

时间:2017年11月16日 访问次数:322

    生命科学学院黄力全课题组在生物传感器领域权威期刊Biosensors&Bioelectronics(IF:7.78)正式发表题为“In vivo bioelectronic nose using transgenic mice for specific odor detection”的研究论文。该文章利用转基因小鼠M72-GFP被荧光标记的嗅感觉神经元作为敏感元件,设计制作了在体生物电子鼻传感器,并进行特异性气味检测。
    嗅觉对于动物来说是适应周围环境和生存的必要生理功能。哺乳动物嗅觉系统可以识别较低浓度的挥发性气体(大约1 ppt及以下),具有较高的灵敏度和特异性。最近有报道表明人类可以辨别至少一百万种嗅觉刺激信号或者一万种气味分子,这也更加证明了哺乳动物嗅觉系统的高灵敏度和特异性。气味分子在嗅觉系统中最先被嗅感觉神经元(olfactory sensory neurons,OSNs)接收到,嗅感觉神经元位于嗅觉上皮(olfactory epithelium, OE),每个嗅感觉神经元都表达一种特定类型的G蛋白偶联气味受体(odorant receptor,OR),表达同一中受体的嗅感觉神经元将自己的轴突延伸到每个嗅球上的特定的两个嗅小球内,当气味分子与相应的气味受体结合时,该受体通道被激活,细胞膜去极化,引起动作电位将嗅觉信息通过嗅球传入大脑嗅觉皮层区域,这样,化学信号就被转化成电信号。因此,嗅感觉神经元是嗅觉系统最初始的感受元件,基于嗅感觉神经元的嗅觉仿生传感器将会具备高灵敏性,特异性以及高时效性。嗅球是嗅球系统的第一个中转站,它具有层状结构,由外到内分别为:嗅小球层,僧帽/丛状细胞层和颗粒细胞层。嗅小球层接收来自嗅感觉神经元的轴突,每一个嗅小球汇集同一种嗅觉受体的嗅感觉神经元的轴突。本研究中记录的是嗅小球表达M72嗅觉受体的嗅感觉神经元的轴突的信号,该解剖位置是通过转基因小鼠的GFP绿色荧光标记的。通过在该标记位点植入MEA探针,研究记录得到了特异性的气味刺激信号,使用的气味分子包括TNT,苯乙酮,水杨酸甲酯,柠檬醛以及丁二酮。
    气味检测在当今社会安全,环境监测,医疗诊断中都起着非常重要的作用,仿生嗅觉传感技术是一种新型化学传感仿生技术,它以嗅觉受体、细胞、组织等生物材料为敏感元件,结合二级变换器实现对气味物质的特异性和高灵敏的检测,从而达到类似生物体嗅觉的检测性能,具有良好的性能和商业前景。本研究的技术在气味检测方面兼具高效性,特异性和稳定性。此外,该传感器对含有苯环的气味分子具有较高的灵敏性,对炸药检测限最低可达到10-5 M,因此这在爆炸物检测方面具有很大的应用前景。
    浙江大学生仪学院和浙江大学生命科学学院为论文作者单位。黄力全课题组博士生李松旻为本文共同第一作者,黄力全研究员为共同通讯作者。该项目得到国家自然科学基金,973项目基金和思源基金的资助。