CN110252079B - 一种气味远程传输的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气味远程传输的方法，该方法通过制备嗅觉受体芯片，气体基元分子，气味传真机完成气味传输。通过模拟气体在鼻子的输送过程，设计气体采集算法，嗅觉受体芯片采集的信息经CCD或CMDS、A/D转化为数字信号后，远距离传输以及D/A解码后产生电信号使气味传真机释放气体基元分子，用有限种气体基元分子代替无限种气味使接收方产生与传输方相同的嗅觉，达到气味远程传输的目的。本发明方法实现了传递无数种气味的目的，不受气体种类的限制。
Description
技术领域
本发明涉及一种气味远程传输的方法。
背景技术
嗅觉是人体除了视觉和听觉之外另一种重要的感觉。嗅觉系统能识别和分辨大量不同的气味分子。嗅觉起始于嗅神经元纤毛上的嗅觉受体与气味分子的相互作用。嗅觉受体是一种G蛋白偶联受体(GPCRs)，它能转导嗅觉信号，通过第二信使激活一系列生物化学级联反应，使嗅神经元细胞膜去极化，最终产生动作电位。嗅神经元通过轴突把动作电位传导到大脑前端的嗅球，嗅觉信号在嗅球中经过加工、修饰和编码后通过嗅球的输出神经元僧帽细胞和丛状细胞的轴突投射传导到大脑皮层，在那里嗅觉信号被解码以分辨不同的气味，形成对气味的感知。
目前已知每种嗅觉受体细胞只表达一种嗅觉受体基因，人类能够闻到上万种气味，但是对应的蛋白质受体仅有不到400种。这说明不同的气体分子可能具有相同的气味，而且混合气体的产生的嗅觉不仅仅是单独气体产生的嗅觉的叠加。一种气体分子可以与一种或多种嗅觉受体结合，一种嗅觉受体可以与一种或多种气体分子相对应。
当这些分子与嗅觉细胞中的嗅觉蛋白受体结合时，就会产生嗅觉。人体嗅觉感受器构成可概括为3个部分：鼻腔上皮组织(初级)，即接受气体并产生信号的第一个地方；嗅球(二级)，气体的种类“镜像”形成的场所；大脑皮层，形成并存储信息之间的联系的场所。但是就目前出现的“电子鼻”并不能模拟人的整个生理过程，往往是检测某种特定气体的相对含量，从而应用于特定的工作条件中，往往不能对微量的气体做出敏感的反应。
到目前为止，气味传输的相关研究都还处于起步阶段并且具有局限性，用有限种气体分子代替无限种气味实现气味的远程传输未见文献报道。
发明内容
本发明针对传统电子鼻的不足和局限性，提供一种气味远程传输的方法，解决现有技术中“电子鼻”等采集气味装置或释放气味装置不能模拟人的整个生理过程，仅仅对某种或某类气体有吸附或释放功能，因而仅应用于特定的工作条件中，往往不能对微量的气体做出敏感的反应等问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种气味远程传输的方法，通过嗅觉受体芯片，气体基元分子，气味传真机完成气味传输；通过模拟气体在鼻子的输送过程，设计气体采集算法，嗅觉受体芯片采集的信息经A/D操作，远距离传输以及D/A操作最终使气味传真机释放气体基元分子，利用有限种气体基元分子代替无数种气味以达到气味传输的目的。
所述嗅觉受体芯片实质为一种蛋白芯片，其上装有由基因工程、蛋白质工程获得的人体所有种类的嗅觉受体蛋白；在固定区域内同种嗅觉受体蛋白的数量为10000，嗅觉受体芯片的上部装有可发射密集平行可见光的面光源，该种光能够被已吸附气体分子的嗅觉受体蛋白吸收；嗅觉受体芯片的下部装有可将光信号转化为电信号的感光装置；先进行基准采集，即在不通气的情况下测定吸收情况以数字的形式作为基准；当嗅觉受体芯片吸附缓慢通过的气体分子时能够引起感光装置在不同区域内与基准的变化情况，进而确定能够吸附该种气体的嗅觉受体蛋白的种类及数量。所述感光装置为CCD或CMDS。
所述A/D操作是指将所感知的电信号的变化处理为数字化信息，实现其存储、编程并远距离传输。
所述气体基元分子有且仅有一个能与嗅觉受体蛋白结合的特征结构，且不同的气体基元分子能且仅能与一个嗅觉受体蛋白在特定的位点结合，并且其形态结构稳定，无毒无害，不会使嗅觉受体蛋白失活。
所述气味传真机由数字化信息接收装置、数字化信息D/A解码装置、气体基元分子释放装置以及盛放有不同气体基元分子的样品槽构成；数字化信息接收装置接受经所述的A/D处理后的数字化信息；数字化信息解码装置通过D/A读取数字化信息并转化为电信号；气体基元分子释放装置根据电信号改变样品槽上方推动阀侧气压进而释放对应样品槽中的气体基元分子。
同现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明方法通过模拟气体在鼻子的输送过程，设计气体采集算法，嗅觉受体芯片采集的信息经CCD或CMDS、A/D转化为数字信号后，远距离传输以及D/A解码后产生电信号，从而使气味传真机释放气体基元分子，用有限种气体基元分子代替无限种气味使接收方产生与传输方相同的嗅觉，达到气味远程传输的目的。实现了传递无数种气味的目的，不受气体种类的限制。
附图说明
图1：嗅觉受体芯片示意图；
图2：嗅觉受体附着于芯片网格后的示意图；
图3：嗅觉受体芯片感光数据模拟图像；
图4：利用气体分子结构或基团统一性制造气体基元分子示意图；
图5：利用掩蔽剂制造气体基元分子示意图；
图6：气味传真机；
图7：气体基元分子样品槽及振针；
说明书附图中的标号所代表的元件名称如下：
1-光源；2-嗅觉受体(每一种颜色分别代表一种嗅觉受体蛋白，共四百余种)；3-感光材料以及数据采集装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
步骤一、制备嗅觉受体芯片，步骤如下：
(1)嗅觉受体芯片主体的制备：首先通过逆转录、反转录确定出调控嗅觉受体的基因，通过基因克隆，显微注射等技术将该组基因导入受体细胞内，并调控使该组基因在受体细胞内特异性表达，使得在细胞内仅能表达出一种嗅觉受体蛋白。嗅觉受体蛋白种类仅不到四百种，通过细胞培养，蛋白质工程并分离纯化出各类嗅觉受体蛋白作为嗅觉受体芯片的附着物。将嗅觉受体蛋白附着于载玻片上作为嗅觉受体芯片的主体。
(2)嗅觉受体芯片的制造：嗅觉受体芯片主体下部装有利用光电管，CCD或CMDS将光信号转化为电信号，再将电信号通过A/D转化为数字信号并储存和传输的感光装置。上部装有可发射密集可见光的面光源。
嗅觉受体芯片整体结构如图1所示。嗅觉受体蛋白附着于芯片网格之中，且每一个芯片网格中仅附着一个嗅觉受体蛋白，一种受体蛋白附着于10000个一定区域内的芯片网格上，如图2所示。附着有同一种嗅觉受体蛋白的芯片网格具有相同的代号，记为G。
嗅觉受体芯片使用方法以及原理：将未通入任何气体时，嗅觉受体芯片的感光材料的数据作为参比，缓慢向受体芯片表面通入气体，并持续短暂时间，气体与嗅觉受体中的一种或多种特异性结合，在嗅觉受体芯片主体上部可见光面光源照射下，实时感知每一个芯片网格中光信号的变化，该变化仅存在吸附与不吸附两种状态而不存在中间状态。感光元件实时记录每一种受体感光材料变化的叠加，直到通气停止。例如芯片的G1受体部分在连续通气短暂时间t内感光元件采集到的变化如图3所示。最终感光元件的记录数值为受体蛋白种类代号以及其感光数据对时间的积分。
步骤二、制备可被输出的气体基元分子，步骤如下：
方法一：在实验中取多种能与同种嗅觉受体蛋白结合的气体分子，寻找其结构或基团的统一性(即与特定嗅觉受体蛋白结合的特定位点)，将该结构或基团整合入不具任何气味的基础分子上，示意图如图4所示。气体基元分子可以代替原气味使人产生相同的嗅觉。
方法二：确定能与多种嗅觉受体蛋白结合的气体分子的不同结合位点，仅保留一种结合位点，其余结合位点用能与之特异性稳定结合的掩蔽剂掩蔽，如纳米级多孔矿物，示意图如图5所示。
步骤三、制造气味传真机，步骤如下：气味传真机如图6所示，气味传真机由数字化信息接收装置、数字化信息D/A解码装置、气体基元分子释放装置以及盛放有不同气体基元分子的样品槽构成。
气味传真机数字化信息接收装置接受经A/D处理后的数字化信息；通过数字化信息解码装置利用D/A读取数字化信息并转化为电信号；气体基元分子释放装置根据电信号并通过改变样品槽上方推动阀侧气压释放对应样品槽中的气体基元分子。样品槽结构如图7所示。
将气味传输分为两方，一方为气味输入方，记为A方；另一方为气味接受方，记为B方。
A方将所需要传输的气味缓慢通入嗅觉受体芯片并维持一段时间，以实现被传输气味在嗅觉受体芯片的附着，感光元件将受体芯片上不同嗅觉受体的结合情况数字化储存并传输到气味传真机。
气味传真机接收到数字化信息利用D/A转化为嗅觉受体蛋白的种类及数量，通过改变样品槽上方推动阀侧气压释放对应样品槽中的气体基元分子。气体基元分子与B方鼻腔的嗅觉受体结合，使得B方产生与A相同的嗅觉。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种气味远程传输的方法，其特征在于，通过嗅觉受体芯片，气体基元分子，气味传真机完成气味传输；通过模拟气体在鼻子的输送过程，设计气体采集算法，嗅觉受体芯片采集的信息经 A/D 操作，远距离传输以及 D/A 操作最终使气味传真机释放气体基元分子，利用有限种气体基元分子代替无数种气味以达到气味传输的目的；
所述嗅觉受体芯片实质为一种蛋白芯片，其上装有由基因工程、蛋白质工程获得的人体所有种类的嗅觉受体蛋白；在固定区域内同种嗅觉受体蛋白的数量为 10000，嗅觉受体芯片的上部装有可发射密集平行可见光的面光源，该种光能够被已吸附气体分子的嗅觉受体蛋白吸收；嗅觉受体芯片的下部装有可将光信号转化为电信号的感光装置；先进行基准采集，即在不通气的情况下测定吸收情况以数字的形式作为基准；当嗅觉受体芯片吸附缓慢通过的气体分子时能够引起感光装置在不同区域内与基准的变化情况，进而确定能够吸附该种气体的嗅觉受体蛋白的种类及数量；
所述嗅觉受体芯片，制备步骤如下：
（1）嗅觉受体芯片主体的制备：首先通过逆转录、反转录确定出调控嗅觉受体的基因，通过基因克隆，显微注射技术将该组基因导入受体细胞内，并调控使该组基因在受体细胞内特异性表达，使得在细胞内仅能表达出一种嗅觉受体蛋白；嗅觉受体蛋白种类仅不到四百种，通过细胞培养，蛋白质工程并分离纯化出各类嗅觉受体蛋白作为嗅觉受体芯片的附着物；将嗅觉受体蛋白附着于载玻片上作为嗅觉受体芯片的主体；
（2）嗅觉受体芯片的制造：嗅觉受体芯片主体下部装有利用光电管，CCD 或CMDS 将光信号转化为电信号，再将电信号通过 A/D 转化为数字信号并储存和传输的感光装置；上部装有可发射密集可见光的面光源；
嗅觉受体芯片使用方法为：将未通入任何气体时，嗅觉受体芯片的感光材料的数据作为参比，缓慢向受体芯片表面通入气体，并持续短暂时间，气体与嗅觉受体中的一种或多种特异性结合，在嗅觉受体芯片主体上部可见光面光源照射下，实时感知每一个芯片网格中光信号的变化，该变化仅存在吸附与不吸附两种状态而不存在中间状态；感光元件实时记录每一种受体感光材料变化的叠加，直到通气停止；最终感光元件的记录数值为受体蛋白种类代号以及其感光数据对时间的积分；
所述气体基元分子有且仅有一个能与嗅觉受体蛋白结合的特征结构，且不同的气体基元分子能且仅能与一个嗅觉受体蛋白在特定的位点结合，并且其形态结构稳定，无毒无害，不会使嗅觉受体蛋白失活；所述气体基元分子的制备方法如下：选择一定数量的稳定、无毒无害的气体分子，使得气体分子的集合能够与所有种类的嗅觉受体蛋白结合；使用能与不同位点结合的特异性掩蔽剂对气体分子的多个结合位点进行掩蔽，最终使之仅保留一个结合位点，从而作为气体基元分子。
2.如权利要求 1 所述的气味远程传输的方法，其特征在于，所述 A/D 操作是指将权利要求 1 中所述感知的电信号的变化处理为数字化信息，实现其存储、编程并远距离传输。
3.如权利要求 1 所述的气味远程传输的方法，其特征在于，所述气味传真机由数字化信息接收装置、数字化信息D/A 解码装置、气体基元分子释放装置以及盛放有不同气体基元分子的样品槽构成；数字化信息接收装置接受经权利要求 1 所述的 A/D 操作处理后的数字化信息；数字化信息解码装置通过 D/A 操作读取数字化信息并转化为电信号；气体基元分子释放装置根据电信号改变样品槽上方推动阀侧气压进而释放对应样品槽中的气体基元分子。
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Also Published As
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