生物電子鼻がガス状の化学兵器を検出

Jul 24, 2023

クレジット: Design Cells / iStock / Getty Images Plus

人間の嗅覚受容体をグラフェンベースのセンサーに取り付けることで、研究者らは神経ガスを検出するための生体電子鼻プラットフォームを作成し、バイオセキュリティのリスクに対処し、医療危機管理をサポートしました。 ソウル国立大学の So-ong Kim 氏と Samsung Electronics の Sung Gun Kim 氏は、神経によく使用される化合物であるジメチルメチルホスホネート (DMMP) を検出するために、ヒト嗅覚受容体 2T7 (hOR2T7) を備えた生体電子鼻を作製する研究チームを率いました。エージェント。

研究論文「神経剤の模倣物として気相DMMPを検出するためのヒト嗅覚受容体埋め込みナノディスクと組み合わせたNi-rGOセンサー」がACS Sensorsに掲載されました。

セキュリティおよび軍事用途のガスセンサーには、ppm ～ ppb 範囲の微量レベルの感度、識別の選択性、高速応答、簡単な操作、大規模生産、小型化、低消費電力などの重要な特性が必要です。 生体電子鼻は、人間の嗅覚受容体などの人間の嗅覚感知システムと同様の機能とコンポーネントを備えたバイオセンサーです。 これらの G タンパク質共役受容体 (GPCR) の大きなファミリーは、化合物と生物学的センシングの間の界面でいくつかの分子の検出器として機能します。 人間の嗅覚受容体は大腸菌を使って安価かつ大量に作ることができ、グラフェンなどのナノマテリアルと組み合わせると、標的分子に対する親和性を維持しながら、標的分子に対する感度を高めることができる。

これまでの研究では、hOR2T7 をカーボン ナノチューブ電界効果トランジスタとともに使用すると、非極性端が内側に押し込まれた洗剤モノマーの安定したコロイド状集合体である洗剤ミセルを使用して再構成された後でも、DMMP を検出できることが示されています。 残念ながら、それは気体媒体ではなく液体媒体中のリガンドの検出に限定されていました。

気相中のDMMPを検出するために、研究者らは大腸菌系でhOR2T7を合成し、それをこの研究用のナノディスクとして再構成した。 ヒトの嗅覚受容体、脂質、および脂質と受容体をしっかりと結合する膜足場タンパク質で構成されるナノディスクは、さまざまな条件下での安定性が向上するため、ガスセンサーに最適な材料として選ばれています。 ニッケルコーティングされた還元酸化グラフェン (Ni-rGO) と適切に配向された hOR2T7 ナノディスクからセンサーを作成することにより、気相DMMP を高感度かつ選択的に検出できます。 彼らは、生体電子鼻が 10 億分の 1 (ppb) の濃度の DMMP ガスを選択的かつ繰り返し検出できることを示しました。 最も有毒な神経ガスの 1 つであるサリンガスは、66 ppb 以上の濃度で吸入すると 10 分以内に死亡します。

この高感度で選択的な生体電子鼻は、軍事および安全分野でガス状の化学兵器を検出するための実用的なツールとなる可能性があります。 さまざまな湿度と温度レベルで空気中のDMMPガスを検出したり、サリンガスなどの実際の神経剤テストを使用してテストを実施したりするなど、実用的な分野での利用を探るためにはさらなる研究が必要です。 それにもかかわらず、この技術は、人間の嗅覚受容体の高い感度と選択性を備えた、神経ガスガスに特化したセンサーを開発するための有望な戦略を提供する可能性があります。