Investigadores de Tokyo Tech demostraron recientemente sensores olfativos basados ​​en grafeno que pueden detectar moléculas de olor basadas en el diseño de secuencias de péptidos. Los hallazgos indicaron que los transistores de efecto de campo de grafeno (GFET) funcionalizados con péptidos designables se pueden usar para desarrollar dispositivos electrónicos que imitan los receptores olfativos y emulan el sentido del olfato mediante la detección selectiva de moléculas de olor.

La detección olfativa o la detección de olores es una parte integral de muchas industrias, incluidas la atención médica, los alimentos. En la actualidad, la técnica más utilizada para la detección y estimación de moléculas de olor es la cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS). Aunque es muy efectivo, GC-MS tiene algunas limitaciones, como su configuración voluminosa y su sensibilidad limitada. Como consecuencia, los científicos han estado buscando alternativas más sensibles y fáciles de usar.

En los últimos años, los transistores de efecto de campo de grafeno (GFET) han comenzado a usarse para desarrollar sensores de olor altamente sensibles y selectivos al integrarse con receptores olfativos, también conocidos como narices electrónicas. Las superficies atómicamente planas y la alta movilidad de electrones de las superficies de grafeno hacen que los GFET sean ideales para adsorber moléculas de olor. Sin embargo, la aplicación de GFET como biosensores eléctricos con los receptores está severamente limitada por factores como la fragilidad de los receptores y la falta de moléculas sintéticas altamente nativas que puedan funcionar como receptores olfativos.

Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) dirigido por el Prof. Yuhei Hayamizu se dispuso a abordar estos problemas con receptores olfativos basados ​​en GFET. En su estudio reciente publicado en Biosensors and Bioelectronics, el equipo diseñó y desarrolló tres nuevos péptidos para biosensores de grafeno que pueden detectar moléculas de olor. El Prof. Hayamizu explica : « La secuencia de péptidos que diseñamos necesitaba realizar dos funciones principales: actuar como un andamio biomolecular para el autoensamblaje en una superficie de grafeno y funcionar como una biosonda para unir las moléculas de olor. Esto permitiría que los péptidos para cubrir la superficie de grafeno de manera autoensamblada y funcionalizar la superficie de manera uniforme para capturar moléculas de olor ».

El equipo llevó a cabo una microscopía de fuerza atómica que mostró que los péptidos cubrían uniformemente la superficie del grafeno con el grosor de una sola molécula. Luego, el grafeno funcionalizado se usó para construir una configuración GFET para detectar moléculas de olor. Después del ensamblaje, el equipo inyectó limoneno, mentol y salicilato de metilo como moléculas de olor representativas en el GFET. Las mediciones electroquímicas indicaron que la unión con las moléculas de olor redujo la conductividad del grafeno. Las observaciones también revelaron que la interacción entre las tres secuencias de péptidos y la molécula de olor dio lugar a firmas muy distintas. Esto confirmó que la respuesta del GFET a las moléculas de olor dependía del diseño del péptido.

Además. Las observaciones indicaron que la restricción de tiempo asociada con la adsorción y desorción de moléculas de olor era única para cada una de las secuencias peptídicas. Este comportamiento fue confirmado por el análisis de componentes principales. Estas observaciones confirmaron que la nueva configuración de GFET logró detectar eléctricamente las moléculas de olor con la ayuda de los péptidos diseñados.

« Nuestro enfoque es simple y se puede ampliar para la producción en masa de receptores olfativos basados ​​en péptidos que pueden imitar y miniaturizar los receptores de proteínas naturales responsables de nuestro sentido del olfato. Estamos un paso más cerca de hacer realidad el concepto de narices electrónicas », dice. Profesor Hayamizu.

El sólido enfoque presentado en este estudio abre nuevas puertas para el desarrollo de sistemas de detección de olores basados ​​en GFET altamente selectivos y sensibles. Estos conocimientos también se pueden utilizar al diseñar sensores de péptidos avanzados que pueden realizar análisis multidimensionales de una gama de moléculas de olor.