解析：灵感来自生物的超高性能传感器

2014-06-03 07:48

来源：中国电力电子产业网

　　生物的优良机制在传感器领域也发挥了威力。比如可对一个分子做出反应的超高敏度传感器，以及对特定气味做出反应的昆虫传感器。灵敏度丝毫不输人类的触觉传感器也进入了开发“射程”。

　　借助生物的力量，可制造凭借现有电子部件和半导体技术难以实现的超高敏度传感器。其中，生物的力量有望极大发挥作用的是气味传感器。虽然也有研究在想通过半导体传感器来实现，但存在很多课题，比如对气味的选择性低、检测用时较长，等等。

　　还有像机场的缉毒犬那样用犬代替传感器的方法，但同样存在很多问题，比如训练缉毒犬需要时间和金钱、无法长时间集中精力、难以进入有生命危险的场所等。

　　但如果能将生物的嗅觉机制应用于工学，就有可能突破这些壁垒。着眼于这一点开发高敏度传感器的，是东京大学生产技术研究所教授竹内昌治领导的研发小组。该研发小组的目标是实现只要用一个分子即可检测的传感器。

　　具体来说就是利用细胞具备的“膜蛋白质”。膜蛋白质可作为用一个分子即可检测出特定物质的传感器使用。

　　细胞被称为“脂质双分子层”的双层脂质分子膜包覆。多种膜蛋白质贯穿这种分子膜。特定的分子附着在膜蛋白质上后，膜蛋白质就会变形，脂质双分子层上出现小孔。根据膜蛋白质种类的不同，发生反应的分子种类也不同。

　　脂质双分子层上开孔时，膜的正反面如果有电位差，就会流过大量的离子。通过检测离子的流动来发挥传感器的作用。只要有一个分子附着在膜蛋白质上，1秒钟就会有大约107个离子移动，因此能以高敏度进行传感。

　　将膜蛋白质用作传感器时，重要的是作为基础的脂质双分子层。但此前脂质双分子层比较难形成，“一般由熟练的研究人员通过手工作业等制作，以往的方法不适合大批量生产”(东京大学的竹内)。

　　因此，竹内等人开发出了可轻松制造脂质双分子层的方法。在分散有脂质的油中滴入少量的水滴，即可根据脂质的自组织，形成以单层脂质膜包覆的水。利用通过MEMS技术制造的“微流体装置”，使两个由单层脂质膜包覆的水滴接触，接触部分就会形成双分子层。这种制造方法称为“DropletContactMethods(DCM)”。通过DCM制造双分子层的装置已经与神奈川科学技术研究院(KAST)完成共同开发。