安全气味： 生物机器人的新兴嗅觉应用
自然界往往是创新的灵感源泉，而昆虫--特别是它们的嗅觉系统--已成为一个不断扩展的研究课题。由于昆虫气味检测系统具有非凡的灵敏度，这一崭露头角的领域有许多潜在的应用。在这篇出版物评论中，我们讨论了嗅觉科学领域的几项激动人心的新发现，重点介绍了我们的仪器是如何帮助这些研究人员推动实验室研究的。
特写图片（©Horibe 等（2021），采用 CC BY 4.0 许可）展示了基于昆虫行为的嗅觉传感器和蚕蛾的气味搜索行为。
气味搜索机器人 蚕蛾指明方向
除了生产具有商业价值的自命名纤维外，丝蛾还能跨越遥远的距离探测浓度极低的信息素以寻找配偶。由于这些昆虫在检测到气味时呈直线行进，而在没有气味刺激时则呈零星之字形行进，因此将它们用作基于昆虫行为的气味搜寻机器人的驱动程序是可行的，这也是 Horibe 等人（2021 年）试图解决的问题。
利用球形跑步机模拟真实世界的条件，并利用我们的 200B miniPID 测量气味浓度的实时变化，我们制造出了一个四轮丝蛾导向机器人--能够以合理的精度定位气味源。精度不一的部分原因是由于在检测到气味后快速移动造成的高误报率，这种固有行为可能会推动丝蛾进一步靠近目标气味。
此外，虽然被分析的丝蛾只对雌性激素 bombykol 有反应，但在信息素受体细胞上表达其他类型嗅觉受体的转基因丝蛾已被开发出来。这些基于昆虫行为的气味搜索机器人可以实现基于气味的搜索和救援行动、广泛的生态监测以及大量其他生物机器人应用。
蝗虫作为爆炸物的生物传感器
虽然蚕蛾有利于远距离搜索，但基于昆虫的气味传感也可以应用于一个更为紧迫的问题。由于需要快速准确地探测爆炸物，研究人员将目光从传统的电子传感器转向了有效的生物系统，如蝗虫。美洲蝗虫（Schistocerca americana）对这一任务特别感兴趣，因为它们的嗅觉系统特征明显，可以通过调节来识别特定的气味，而且具有独特的神经生理结构，可以更容易地监测神经元活动。
萨哈等人（2020 年）利用放置在蝗虫触角叶上的一系列电极以及我们的 200B miniPID 来测量试验室内的气味梯度，创建了一个精确控制的刺激传递系统，从而确定了蝗虫对爆炸物中的化学物质的神经反应。研究表明，蝗虫能在几毫秒内区分爆炸性和非爆炸性化学物质，还能区分不同种类的爆炸物。这是通过监测投射神经元对 TNT 和其他常用爆炸物的反应而观察到的。这项研究的应用前景十分广阔，它提供了一种更快、更可靠的生物传感器，对国家安全措施或其他各种应用至关重要。
检测和区分不同的癌症
除了探测爆炸物外，蝗虫的嗅觉系统还能选择性地辨别其他气味--这可能对肿瘤学特别有益。例如，目前还没有针对头颈部癌症的有效筛查测试。有大量证据表明，癌细胞从糖酵解转向氧化磷酸化时会释放挥发性有机化合物（VOC），因此通过生物传感器检测癌症在癌症诊断方面具有巨大潜力。
Farnum 等人（2022 年）通过整合电生理记录监测的活体昆虫大脑，以及 Aurora 220A 嗅觉仪校准传感器的精确挥发性有机化合物输送，创造出一种精确可靠的工具。该系统能够快速区分不同种类的癌症，在气味出现 250 毫秒内就能检测出癌症。蝗虫还能区分处于不同生长阶段的口腔癌和非癌症，凸显了这些昆虫作为生物传感器的潜力。
结论
嗅觉科学领域的新发现堪称一场变革，提供了从生物机器人到国家安全和医疗保健的一系列应用。事实证明，丝蛾和蝗虫等昆虫是气味检测系统进步的宝贵模型。这些突破在一定程度上得益于精确可靠的仪器，彰显了公司对科学创新的不懈追求。随着更多昆虫应用领域的研究成果不断涌现，自然界显然将继续成为创新的灵感源泉，希望在未来也是如此。
