组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
家蚕性信息素 bombykol（BOL，蚕蛾醇）；样品基质为神经元培养液/平衡盐溶液（BSS），经微吸管局部施加或整体灌注。
检测原理
该传感器以表达 BmOR1/BmorOrco 的活神经元为识别与换能单元。BmOR1 与 BmorOrco 在细胞膜上形成异源多聚体，作为非选择性阳离子通道；当 bombykol（BOL）结合受体时，通道开放，Na+ 和 Ca2+ 等阳离子内流，使细胞内钙浓度升高。负载 X-Rhod-1 AM 的神经元因钙结合而荧光增强，显微镜采集 ΔF/F 变化。单个转染神经元的钙信号还可通过突触传递激活邻近非转染神经元，形成群体钙信号和时空活动模式，实现弱离子电流的非线性放大。BOL 浓度升高时，响应细胞数和荧光幅度增加，最大钙信号约 5 s 内出现。
检测灵敏度
未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或 R^2。
效应效果
该传感器对 BOL 呈特异性响应：BSS 对照无钙信号，50 μM 谷氨酸可激活细胞，说明细胞存活。加入突触阻断剂（APV 50 μM、CNQX 10 μM、bicuculline 100 μM）后，非转染神经元响应消失，转染神经元仍响应，证明突触网络放大。剂量依赖明显，1 μM BOL 激活 13 个标记细胞中的 7 个，10 μM 激活全部 13 个；局部 100 μM BOL 可重复诱发 ΔF/F ≥0.5 的钙瞬变。最大钙信号 5 s 内出现，快于此前混合气味传感器，支持实时检测。作者认为其寿命长、可放大弱离子电流，并可通过顺序转染构建多受体阵列，但长期稳定性与重复刺激重现性仍需研究。
传感器的构成
- 基底/培养载体：多聚赖氨酸（poly-L-lysine）和层粘连蛋白（laminin）涂覆的多联培养板（multi-well plates，Sumitomo Bakelite MS-0024L/MS-0035L），用于神经元贴附与培养。
- 换能细胞层：E18 Wistar 大鼠皮层离体神经元-胶质细胞共培养物（neuron-glia coculture），作为活细胞换能器，将受体离子电流转化为钙信号与动作电位。
- 识别元件：家蚕信息素受体 BmOR1 与共受体 BmorOrco，经 pEF-BmOR1 与 pEF-BmorOrco 质粒脂质体转染表达，形成异源多聚体非选择性阳离子通道，特异性识别 bombykol（BOL）。
- 荧光报告标记：EGFP 与 DsRED 融合蛋白标记受体表达；X-Rhod-1 AM 钙指示剂负载于细胞，用于荧光钙成像读出。
- 信号放大元件：神经元突触网络（非转染神经元），通过突触传递将单个转染神经元响应放大为群体钙信号和时空活动模式。
- 读出装置：正置/倒置荧光显微镜（Olympus BX51WI、Zeiss Axiovert S100）与冷却 EM-CCD 相机（Hamamatsu C9100-02），采集 510 nm 激发、610 nm 发射的钙荧光。
- 刺激供给模块：玻璃微吸管或灌注系统，用于局部施加 BOL、BSS 或突触阻断剂。
中文摘要
人工气味传感器在灵敏度、选择性和可检测气味种类方面通常不及生物嗅觉系统，而生物系统的优异性能依赖于气味受体的分子识别及其后的神经元信息处理。本文提出一种新型混合气味生物传感器，将昆虫离子型气味受体表达于啮齿动物离体神经元培养物中。该策略兼具功能表达容易、使用寿命较长以及可放大弱离子电流等优势。研究通过脂质体转染，在大鼠皮层神经元-胶质细胞共培养物中表达家蚕信息素受体 BmOR1 和共受体 BmorOrco。结果显示，约 8% 的神经元细胞共表达两种受体，且二者共定位在细胞膜上。BmOR1 与 BmorOrco 形成异源多聚体，作为非选择性阳离子通道响应 bombykol（BOL）。钙成像实验表明，给予 BOL 时，转染细胞和非转染细胞均出现同步钙信号升高，并呈剂量依赖性。这些结果证明了所提出混合气味生物传感器的概念可行性。
英文摘要
Artificial odorant sensors generally perform poorer than olfactory systems in living organisms. The excellent performances of living odorant systems are achieved by the molecular recognition abilities of odorant receptors and the neuronal information processing that follows. To take advantages of this, here we propose a novel hybrid odorant biosensor by means of expressing ionotropic odorant receptors of insects into dissociated neuronal cultures of rodents. This combination of materials brings significant advantages such as easy functional expression, prolonged lifetime, and an ability to amplify the weak ionic currents of odorant receptors. In the present work, pheromone receptors and co-receptors of silkmoth, i.e., BmOR1 and BmorOrco, were expressed in neuronal cultures via liposome transfection. Consequently, BmOR1 and BmorOrco were co-expressed in 8% of neuronal cells, and both receptors were co-localized on a cell membrane. In Ca++ imaging experiments, synchronous increase of calcium signals at the presentation of BOL was found in both transfected cells and non-transfected cells in a dose-dependent manner. These results provide the proof-of-concept of the proposed hybrid odorant biosensor.