近日，汉王科技智能感知实验室在国际权威期刊《Sensing and Bio-Sensing Research》上发表新研究成果。研究团队通过工程化改造人体天然嗅觉受体，构建了一种高灵敏度生物传感器，实现了对废水中关键污染物 —— 中链脂肪酸的快速、特异检测，为复杂环境水质监测提供了一条全新的仿生技术路径。

该研究以人类嗅觉系统为原型，将“感知 — 识别 — 响应”的生物机制引入环境监测领域，不仅突破了传统检测方式在实时性与现场应用上的限制，也为生物传感器的可设计化与规模化应用提供了重要实验依据。

图 1 汉王科技智能感知实验室新研究成果

01 破解废水监测困境

在日常生活中，工厂排放、市政污水中的有机物腐败常会产生令人不快的臭味。这背后有一类名为“中链脂肪酸”的物质在起作用，它们不仅是恶臭的来源之一，同时也是生产生物燃料和高附加值化学品的宝贵原料。因此，实时、精准地监测它们在废水中的浓度，对于控制污染和实现资源回收都至关重要。传统的检测方法，如气相色谱-质谱联用，虽然精准，但依赖大型仪器和复杂的样品前处理，难以在污水处理现场实现快速、连续的监测。如何能像我们的鼻子感知气味一样，快速、灵敏且特异地嗅出水中的这些物质，一直是环境监测领域的一个挑战。

02 向自然借智慧

人体嗅觉系统能辨别成千上万种气味，其核心在于鼻腔中约 400 种不同类型的嗅觉受体。它们如同高度一的“分子锁”，能识别并结合特定的气味“钥匙”，继而向大脑发送信号。基于这一天然特性，研究团队锁定了一个名为 OR51L1 的人类嗅觉受体。他们发现，这把“锁”天生对戊酸、己酸等中链脂肪酸有不错的亲和力。团队以此构建了活细胞传感器：将 OR51L1 植入工程细胞，当废水中的目标物与受体结合，便触发细胞内荧光信号，实现定量监测。

图 2 工程化改造嗅觉受体传感器检测原理

03 精妙的蛋白质改造

初始的 OR51L1 受体虽有用，但检测范围和灵敏度仍有局限。团队决定对这把“分子锁”进行精准升级。通过计算机模拟，他们对受体与脂肪酸的结合口袋进行原子级分析。模拟显示，口袋中第 161 位的苏氨酸，其体积和极性可能阻碍了与更长链脂肪酸的结合。团队据此设计了一个巧妙的单点突变：将苏氨酸替换为更小巧、疏水的丙氨酸。这如同对锁芯进行了一次精密打磨，旨在优化内部空间，铁皮保温施工增强与疏水脂肪酸链的兼容性。

个人信息是指以电子或其他方式记录的能够单独或者与其他信息结合识别特定自然人身份或者反映特定自然人活动情况的各种信息。个人信息包括1）姓名、出生日期、住址、电话、电子邮件等个人基本资料；2）身份证、护照、驾驶证、工作证、社保证、居住证等个人身份信息；3）基因、指纹、声纹、掌纹、面部识别特征等个人生物识别信息；4）个人信息账号、IP地址、个人数字证书等网络身份标识信息；4）个人健康生理信息；5）职业、职位、工作单位、学历、工作经历、成绩单等个人教育工作信息；6）银行账号、口令、存款信息、房产信息、信贷信息、征信信息、交易和消费记录、流水记录、虚拟财产等个人财产信息；7）通信记录和内容、短信、彩信、电子邮件等个人通信信息；8）通讯录、好友列表、群列表、电子邮件地址列表等联系人信息；9）网络浏览记录、软件使用记录、点击记录、收藏列表等个人上网操作记录信息；10）硬件序列号、软件列表、设备MAC地址、唯一设备识别码等设备信息；11）定位信息、行踪轨迹、住宿信息、经纬度等个人位置信息；12）婚史、宗教信仰、性取向、未公开的违法犯罪记录等其他信息。

天眼查资料显示，常州金纬智能装备制造有限公司，成立于2021年，位于常州市，是一家以从事电气机械和器材制造业为主的企业。企业注册资本300万人民币。通过天眼查大数据分析，常州金纬智能装备制造有限公司利信息21条，此外企业还拥有行政许可3个。

图 3OR51L1 蛋白改造前后对不同链长脂肪酸的响应情况对比

04 传感器性能跃升

实验成功制备了 OR51L1 (T161A) 突变传感器，其在模拟废水实验测试中不仅验证了其卓越性能，也微观印证了性能提升的结构机理，主要体现在：

检测谱拓宽：不仅对原有目标戊酸、己酸响应更强，首次实现了对庚酸的检测。

灵敏度与稳定性兼得：在复杂模拟废水中，对己酸的检测限低至 25 微摩尔，且在宽浓度范围内信号稳定。

抗干扰能力出色：面对其他常见杂质，传感器信号保持高度特异。

图 4 传感器在模拟废水中的响应强度与检出限结果

图 5 OR51L1 蛋白改造后性能提升的结构机理

这项基于蛋白质理性设计的仿生传感技术，其意义远超单一的废水监测。它验证了一条清晰的技术路径：通过计算模拟引导，对生物元件进行定向改造，从而定制出满足特定需求的高性能传感器。这种模块化、可编程的生物传感平台，拥有广阔的应用想象力。

未来，通过集成针对不同目标的工程化受体阵列，可以实现在精准医疗、公共卫生监测、食品工程及香精香料研发等领域的规模化应用，开启智能嗅觉的新时代。

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汉王科技股份有限公司智能感知实验室

汉王科技股份有限公司于 2017 年成立智能感知实验室（Intelligent Perception Laboratory），注于机器嗅味觉技术的前沿研发。实验室面向世界科学前沿，立足国家战略发展需要，坚持自主创新与前沿交叉并重，融合基础研究与应用研究，致力于推动科技、教育、产业与社会的协同进步。目前，实验室汇聚了来自杜克大学、清华大学、中科院自动化所等国内外知名高校与科研机构的研究人员，组建了一支涵盖神经生物学、生物技术、分析化学、计算化学、人工智能、精密仪器、控制科学与工程等多学科交叉的高水平人才队伍。实验室聚焦于人类“五感”中尚未被完全数字化的化学感知功能 —— 嗅觉与味觉，开展前沿探索与技术攻关。目前已成功研发出 1500 余种仿生嗅味觉细胞传感器，并构建了集感知与计算于一体的嗅味觉数字化技术平台。该平台在食品、烟草、酒类、香料香精、安检、环保、医疗等多个领域具有广泛应用前景，为国家技术创新与产业升级提供重要支撑。

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