仿生“嗅觉”传感器走向工程化应用:汉王科技突破废水中链脂肪酸快速检测瓶颈

记者从汉王科技获悉,该公司智能感知实验室在仿生传感技术领域取得重要进展,成功构建出基于人体嗅觉受体的高灵敏度生物传感器,有效解决了废水中关键污染物检测的技术难题。

这一研究成果近日在国际权威期刊《传感与生物传感研究》上正式发表。

传统废水监测面临的技术瓶颈日益凸显。

工业排放和市政污水中的中链脂肪酸类物质既是恶臭污染源,又具备生物燃料和化学品生产的资源价值,对其进行实时精准监测意义重大。

然而,现有检测方法如气相色谱-质谱联用技术虽然准确度高,但设备庞大、操作复杂,难以满足现场快速检测需求,成为制约环境监测效率提升的关键因素。

面对这一挑战,汉王科技研究团队将目光投向人体自然嗅觉系统。

人类鼻腔中约400种嗅觉受体能够识别数万种气味分子,展现出卓越的分子识别能力。

研究人员从中筛选出OR51L1嗅觉受体,发现其对戊酸、己酸等中链脂肪酸具有天然亲和性,为构建生物传感器奠定了基础。

技术创新的关键在于精准的蛋白质工程改造。

研究团队运用计算机分子模拟技术,对受体蛋白与脂肪酸分子的结合机制进行原子级分析,发现第161位苏氨酸残基限制了受体与长链脂肪酸的有效结合。

基于这一发现,团队实施了精确的单点突变策略,将苏氨酸替换为体积更小、疏水性更强的丙氨酸,显著优化了受体的分子识别性能。

改造后的OR51L1(T161A)突变传感器在性能测试中表现优异。

检测光谱范围明显拓宽,不仅对原有目标物质响应增强,还首次实现了对庚酸的有效检测。

在复杂模拟废水环境中,传感器对己酸的检测限降至25微摩尔级别,在宽浓度范围内保持信号稳定,面对其他干扰物质时仍能维持高度特异性。

这项技术突破的意义远超单一应用领域。

通过将生物感知机制与工程技术相结合,研究团队验证了一条可复制的技术路径:运用计算模拟指导生物元件定向改造,实现传感器性能的精准调控。

这种模块化、可编程的生物传感平台为多领域应用奠定了技术基础。

业内专家认为,该技术在环境保护、资源回收、公共卫生等领域具有广阔应用前景。

通过集成不同功能的工程化受体阵列,可构建多目标检测系统,为精准医疗、食品安全、工业过程控制等提供技术支撑。

随着生物传感技术的不断成熟,有望推动相关产业向智能化、精准化方向发展。

汉王科技智能感知实验室成立于2017年,专注于机器嗅味觉技术研发。

此次研究成果体现了我国在仿生传感技术领域的创新实力,为解决环境监测技术难题提供了中国方案。

从仿生学到工程化应用,这项研究展现了交叉学科创新的强大生命力。

它不仅为解决具体环境问题提供了新方案,更开创了生物传感技术发展的新范式。

随着研究的深入和技术的完善,这种源于自然、超越自然的创新思路,或将引领智能感知技术进入新的发展阶段,为经济社会高质量发展注入新的科技动能。