美將熒光分子與DNA結合研制出新型“人工鼻"

 “人工鼻"或“電子鼻"的工作原理與嗅覺形成相似，它由氣敏傳感器、信號處理系統和模式識別系統三個部分組成。“人工鼻"獲得的信息代表了樣品中全部揮發物的總體分布，而不是某種或某幾種揮發物具體的含量。有資料顯示，“人工鼻"可廣泛用于工業生產的各個部門，如煙草業、化妝品、食品工業、石油化工、糧食貯存與加工、酒類和飲料、環保監測、臨床診斷。此外，“電子鼻"還用于商檢、微生物鑒別、藥物分類與辨別、宇航等部門，以及檢查與其他違禁物品等。

　　新人工鼻可同時檢測出多種分子

　　日前，美國斯坦福大學化學家表示，他們開發的利用熒光化合物和DNA（脫氧核糖核酸）制作“人工鼻"的新途徑，有望加速嗅覺傳感器進入大規模生產和大范圍應用的時代。他們相信，如果新的方法能夠達到所預期的效果，那么新的“人工鼻"有朝一日可以用來探測從早期變質牛奶到等各種物質。
　　通過將熒光化合物附著到DNA分子的短鏈上，研究人員成功地研發出微小的傳感器分子。這些分子在檢測到某些物質時，其顏色會發生變化，人們利用熒光顯微鏡可以觀察到分子顏色的改變。斯坦福大學化學教授埃里克·庫爾表示，顏色的變化使得新的傳感器傳遞出的信息遠遠多于多數光學傳感器傳遞的信息，因為光學傳感器通常只是檢測某種特殊的分子。    
　　庫爾說：“我們被強烈的顏色變化所吸引。令人感到驚訝的發現之一是用一個分子傳感器，我們能知道4種不同有機物揮發物之間的區別。因為傳感器對不同的揮發物顯示出了不同顏色。"    
　　這種多用性分子傳感器成功的關鍵在于DNA的結構。DNA是含有生命遺傳密碼的雙螺旋體，也常常被稱為扭曲的架梯。兩條由糖和磷酸鹽分子組成的長長的平行鏈構成了架梯的扶手，堿基分子對組成了梯級。堿基共有4種，它們有規律的組合含藏了遺傳的數據。

　　熒光分子在DNA中能相互“交流"

　　為獲得分子傳感器，研究人員研制出多種新的熒光化合物，并用熒光化合物取代DNA螺旋形雙鏈中的堿基對。熒光化合物共有7種，他們從中任意選擇4種附著在DNA主干上構成傳感器。應說明的是，他們只利用了DNA的單螺旋體，這樣可以探測有機物的揮發物。    
　　據悉，斯坦福大學化學博士后研究員弗洛仁特·薩梅因借助DNA合成技術，按照7選4的任意組合，獲得了2401種熒光化合物與DNA主干合成的組合庫。隨后，研究小組對組合庫進行了篩選工作，看看哪些組合有可能用于4種不同物質（氣態）的檢測。    
　　用于檢測試驗的4種物質分別是一種廣泛使用的殺水草劑、一種研究和工業用溶劑、一種用于防止食品發霉和生菌的抑制劑，以及一種廣泛用于皮鞋拋光和殺蟲劑等多種產品的添加劑。這些物質的結構和電子性質極不相同。    
　　在篩選過程中，研究人員發現，熒光分子傳感器在有4種測試物質存在的環境中顯示出了熒光反應。庫爾表示，這是他們嘗試將分子傳感器用于揮發物的探測，結果表明它們的工作狀況良好。    
　　熒光分子傳感器探測表現突出的原因在于DNA螺旋體上堿基對相互接觸，它們之間以電脈沖的形式“交流"。當堿基對被熒光化合物取代后，這些物質依然相互接觸，能夠相互“交流"，如此狀況為傳感器正常工作提供了關鍵條件。
　　研究人員還發現，分子傳感器另一個十分重要的工作條件是熒光化合物在DNA主干上的排列順序。自然界中，動物的種類不同，其DNA的排序也就不同。對于熒光化合物而言，它們在DNA上的排序不同則發出的光的顏色也不相同。庫爾介紹說，他們觀察到了幾起實例：即使是使用相同的4種熒光化合物組合，如果它們的排列順序不同，對檢測物質的反應也就不相同。很明顯，這些熒光化合物之間能相互“交流"，不同的排列順序具有不同的表現。

　　zui終目標將檢測出各種物質

　　庫爾表示，他們長遠目標之一是開發出成套的傳感器，用于分析更加復雜的、范圍更廣泛的物質。由于傳感器的反應如此多樣——即使是一個分子也能探測4種不同的物質，因此有可能利用10個或20個或100個傳感器組成的傳感器組，探測眾多不同揮發物分子。    
　　組合成具有大量熒光分子傳感器的設備能夠將探測儀的應用從純粹的有機分子探測擴展至實驗室外分子化合物探測。在研究人員看來，熒光分子與DNA合成傳感器組構成的探測器在外界使用zui為有效。他們希望自己開發的傳感器zui終能與其他部件（包括廉價的熒光顯微鏡）共同組成便攜式“人工鼻"探測設備。不過，研究人員目前還需要確定熒光分子傳感器的探測極限——物質被探測到的zui小量。    
　　另一個長遠目標是將這些傳感器“打印"到塑料上，如果“打印"出的點能夠清晰可見，那么人們可以觀察到顏色變化。具體說來就是，人們可以在近紫外光下發現它們對所接觸的物質的反應（顏色變化），并通過與標準反應對比了解被檢測環境中存在的物質。  
　　此外，庫爾他們還希望通過更多的研究，能夠將熒光分子和DNA合成的傳感器用于探測液體中物質。庫爾認為，對自己而言，zui有趣的可能是讓傳感器能夠“嗅出"生物學上的不同，也就是顯示出那些與疾病相關的不同細胞之間的差異，或者環境中不同有害物的差異，而這些將可能是他們近期研究的重點。