Forscher entwickeln Geruchssensoren mit Hilfe von Insektenzellen

Wissenschaftler des Institute of Industrial Science der Universität Tokio haben Geruchssensoren entwickelt, die auf lebenden Insektenzellen basieren. Es ist bereits gelungen, die Sensoren in einen Roboter einzubauen, der jedes Mal den Kopf dreht, wenn er einen Geruch registriert.

Für den Sensor werden Ribonukleinsäuren, die den Sinneszellen von Insekten – etwa Seidenspinnern oder Drosophila-Fliegen – entnommen wurden, in unreife Eizellen eines Krallenfroschs eingebracht. Innerhalb von wenigen Stunden bildet sich auf der Oberfläche der Eier ein „Membranprotein“ aus, das als Rezeptor für Gerüche fungiert.

Die Eizellen werden danach in einen Strömungskanal eingebaut, der mit Elektroden versehen ist. Das Membranprotein verstärkt verschiedene Gerüche, beispielsweise Pheromone.

Wenn sich ein Geruchsmolekül an den Rezeptor des Membranproteins anheftet, öffnen sich kurzzeitig Kanäle, die Ionen durch die Zellmembrane schleusen. Bei einem Membranpotenzial von 100 Millivolt passieren pro Sekunde zehn Millionen Ionen die Membrane und produzieren mehrere Pikoampere (pA) Strom.

„Werden die Sensoren in einen Krankenpflege-Roboter eingebaut, ist dieser in der Lage, bestimmte Mund- oder Körpergerüche zu identifizieren“, erklärt Shoji Takeuchi, Privatdozent an der Universität Tokio, im Gespräch mit dem Technikblog TechOn. Ein solcher Roboter könne zudem CO2, Luft- und Wasserverschmutzungen sowie Essen aufspüren.

Was diesen Geruchssensor von anderen unterscheidet, ist seine Präzision. Die Pheromone des Seidenspinners und der Kohleulen unterscheiden sich genetisch nur in Bruchteilen ihrer molekularen Struktur. Der Sensor kann sie dennoch auseinanderhalten.

Die Lebensdauer des Sensors beträgt etwa zwölf Stunden, nachdem die Eier in den Strömungskanal eingebracht wurden. Er lässt sich bis zu sechsmal einsetzen.