一个敏锐的嗅觉是许多生物共享的强大能力。然而，通过人工手段复制它已被证明是困难的。研究人员结合了生物和工程元素，创建了所谓的生物混合组件。他们的挥发性有机化合物传感器可以有效地检测气态的气味。他们希望完善这一概念，用于医疗诊断和危险材料的检测。
电子设备如相机、麦克风和压力传感器使机器能够光学、声学和物理地感知和量化它们的环境。然而，我们的嗅觉，尽管是自然界中最原始的感官之一，已被证明非常难以人工复制。进化已经在数百万年中完善了这种感觉，研究人员正在努力追赶。
“气味，空气中的化学签名，可以携带有关正在调查的环境或样本的有用信息。然而，由于缺乏足够灵敏度和选择性的传感器，这一信息没有得到很好的利用，”东京大学生物混合系统实验室的教授Shoji Takeuchi说。“另一方面，生物有机体非常有效地使用气味信息。因此，我们决定将现有的生物传感器直接与人工系统结合，创建高度敏感的挥发性有机化合物（VOC）传感器。我们称这些为生物混合传感器。”
Takeuchi和他的团队基本上将一组昆虫的嗅觉受体移植到一个设备中，该设备向受体提供某些气味，并读取受体对这些气味的反应。嗅觉受体的电信号分析表明哪些分子触发了信号。这种方法由于受体在脂质双层中的物理结合方式，产生了很大的灵敏度。在之前的实验中，这种方法限制了气味可以传递给受体的方式，但团队也创造了一个有效的解决方案来解决这个问题。
“受体对液滴中的分子有反应，所以主要的挑战之一是制造一个设备，将分子从空气中移植到这些液滴中，”Takeuchi说。“我们在液滴通过的地方设计并制造了微尺度狭缝，以强制这种分子交换。通过将气体引入微狭缝，我们能够增加气体和液滴之间接触的概率，并有效地将目标分子转移到液体中。”
通过这个系统，研究人员能够检测到测试对象呼吸中的化学物质辛醇的痕迹，也称为蘑菇酒精，已知这种物质会吸引蚊子。不仅如此，VOC传感器还能够检测到十亿分之一的浓度。这比狗的鼻子灵敏度低大约一千倍，但无论如何这是一个令人印象深刻的成就，并激励团队继续创新。
“我想通过使用某种AI来扩展系统的分析方面。这可以使我们的生物混合传感器检测更复杂的分子类型，”Takeuchi说。“这样的改进可能有助于我们的目标，不仅是测量危险材料和环境危害，甚至可能是从患者的呼吸和体味中早期检测疾病。”