研究团队设计小型化学鼻子

生物体的鼻子本质上是一个生物分子探测器，它向大脑发送神经信号，然后大脑解码特定的气味。人类的鼻子拥有600万个嗅觉受体，可以区分超过一万亿种气味，而一些犬类的鼻子拥有多达3亿个受体，可以提高万亿分之一的灵敏度。

“电子鼻”是可以“嗅”并识别汽化气味和味道的电子设备。这些合成鼻子通常与大量实验室设备相连，不易携带，这促使研究人员设计出能够识别多种化学物质的新型便携式传感器。

匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员通过设计一个形成三维图案的小规模系统，进一步发挥了这一潜力，该系统充当化学“指纹”，可以识别溶液中的化学物质。首席研究员是化学工程杰出教授AnnaC.Balazs，与主要作者兼博士后MoslemMoradi和博士后OlegE.Shklyaev一起。这项工作发表在《美国国家科学院院刊》上。

“催化剂具有高度选择性;只有某些反应物才能引发特定的催化反应。由于这种选择性，溶液中的催化剂可以揭示反应物的身份。如果将正确的反应物添加到流体中，则所得反应会自发产生流体的流动;反过来，流动可以弯曲和塑造浸入溶液中的柔性物体，”巴拉兹解释道。

“如果柔性柱被拴在充满液体的室的底部并涂有特定的酶，那么添加的反应物将迫使柱向不同的方向弯曲并形成不同的视觉图案。

“令人惊奇的是，每种反应物或反应物的组合都会产生一种单独的模式。实际上，这些化学物质会留下独特的‘指纹’，这使我们能够识别溶液的化学成分。”

在模拟中，莫拉迪建造了一个四毫米见方、一毫米高的房间，有81个柔性柱。只有特定位置的少数柱子涂有三种酶中的一种。

“如果我们检查特定的反应，我们就可以辨别它们对​​整体图案的影响。因此，我们可以控制图案并调整它们的外观。”莫拉迪说道。“此外，如果一次添加一种反应物，我们可以形成一个化学万花筒，因为当先前的反应物被反应消耗并且新的反应物被添加到溶液中时，一种模式平滑地转变为另一种模式。”

Shklyaev补充说，这些结果值得注意，因为这些帖子类似于电子节点。他说：“这些柱子就像开关一样，沿着受流量调节的特定方向移动，这些图案揭示了化学指纹。化学反应发生在纳米尺度上，我们在毫米级可见图案上观察到由柱子形成，可以反射光，因此可以被肉眼检测到。”

同时，这些发现强调了一种在室内引导流动的方法，而无需为每个应用建造新的墙壁，从而有可能扩大给定流体装置的实用性。

“我们的测试使用了三种不同的酶，这使得我们能够仅针对三种不同的化学物质生成多种不同的图案。由于81个柱子中的每一个都可能涂有不同的酶，因此可能的图案总数随着在概念层面上，这些模式类似于大脑识别气味或气味时产生的电化学反应。”

Balazs说：“由于每种反应物都会留下特定的指纹，因此我们可以形成一个模式数据库。通过将生成的模式与数据库中的其他模式进行比较来识别匹配，我们可以使用该数据库来检测危险化学品或水性毒素。我们的系统为一个简单的便携式工具包奠定了基础，该工具包允许您将化学物质添加到腔室中，并产生视觉图案来识别该物质。这是一个美丽而简单的化学鼻子。”