Japanische Forscher haben einen elektronischen Sensor so mit lebenden Zellen kombiniert, dass dieser Duftstoffe erkennen kann. Der Biohybrid-Sensor könnte zukünftig Roboter steuern oder in Geräten zur Geruchswahrnehmung zum Einsatz kommen. Das System funktioniert nach dem Prinzip, mit dem Insekten Geruchsstoffe wahrnehmen: Chemische Substanzen binden sich an spezielle Rezeptoren auf den Oberflächen bestimmter Zellen und lösen dabei einen winzigen elektrischen Impuls aus. Dieses System imitierten die Wissenschaftler mit Froscheizellen, die sie durch genetische Veränderungen dazu brachten, an ihrer Oberfläche die Geruchsrezeptoren der Insekten zu bilden. Auf diese Weise gelang es den Forschern von der Universität von Tokio, einen Roboter mittels Duftstoffen zu steuern.
Die Eizellen befanden sich in speziellen flüssigkeitsgefüllten Patronen, die über Elektroden mit Messgeräten in Verbindung standen. In diesen Gefäßen wurden einzelne Zellen in feinen Kapillaren jeweils zwischen zwei Elektroden eingefangen. Auf diese Weise ist war es möglich, den elektrischen Strom zu erfassen, der über die Zellmembran der Eizelle fließt. Duftstoffe erreichen über die Luft die Flüssigkeit und gehen so in Lösung über. Sie gelangten über den Flüssigkeitsstrom auf die Eizellen. Hier reagierten sie mit den Duftrezeptoren an der Oberfläche der Eizellen. Dieser Kontakt löst eine Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit der Zellmembran aus, die über die Elektroden an die Messgeräte weitergeleitet werden kann.
Die elektrischen Impulse, die durch die Wahrnehmung der Duftstoffe entstehen, lassen sich auch zur Steuerung elektronischer Geräte nutzen: Als Modell für eine mögliche Anwendung dieser Technik bewegten die Wissenschaftler den Kopf eine Puppe. Unterschiedliche Geruchstoffe konnten eine Bewegung des Kopfes nach links oder rechts auslösen. Der Sensor ist den Wissenschaftlern zufolge hoch sensibel und in der Lage, sogar nah verwandte chemische Substanzen zu unterscheiden.
Die neue Technologie könnte dazu dienen, tragbare Geräte zum Nachweis von Gerüchen zu verbessern. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit sehen die Forscher in der Entwicklung neuer Geräte zur Erfassung von Luftschadstoffen oder bei der Überwachung der Qualität von Nahrungsmitteln.
Shoji Takeuchi (Universität Tokio) et al.: PNAS, Onlinevorabveröffentlichung, doi: 10.1073/pnas.1004334107 ddp/wissenschaft.de ? Martin Vieweg
