Διερεύνηση του μηχανισμού ανίχνευσης περιβαλλοντικών ρυπαντών με βιολογικούς αισθητήρες - Μανιάτη, Κλειώ (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών. Εργαστήριο Γενικής Χημείας, 2018)
Ο μηχανισμός ανίχνευσης των οσμογόνων μορίων κατά τη διαδικασία της όσφρησης εγείρει πολλά ερωτήματα μέχρι και σήμερα. Σε αντίθεση με τις υπόλοιπες αισθήσεις των θηλαστικών, η όσφρηση δεν έχει αποκωδικοποιηθεί πλήρως. Η πιο γνωστή υπόθεση για τον μηχανισμό της όσφρησης ήταν η θεωρία της δομής (και η οποία παραμένει μέχρι σήμερα η πιο δημοφιλής), η οποία αναφέρει ότι ένα οσμογόνο μόριο που πλησιάζει έναν οσφρητικό υποδοχέα θα προσδεθεί μαζί του μόνο αν το σχήμα του και αυτό του υποδοχέα ταιριάζουν ακριβώς όπως και το κλειδί με την κλειδαριά. Αυτό συνεπάγεται ότι μόρια με παρόμοιες δομές προσδένονται στους ίδιους υποδοχείς και άρα χαρακτηρίζονται από την ίδια οσμή. Κάτι τέτοιο όμως δεν ισχύει με όλα τα οσμογόνα μόρια και οι εξαιρέσεις αυτού του κανόνα είναι πολλές. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το μόριο της αιθανόλης που μυρίζει οινόπνευμα και της αιθανοθειόλης που μυρίζει σαν χαλασμένο αυγό (δηλαδή θειούχα) παρ’ όλο που οι δομές τους είναι παρόμοιες (στην αιθανοθειόλη, αντί για ένα άτομο οξυγόνου υπάρχει ένα άτομο θείου). Το 1996, επανέρχεται στην επιφάνεια μία παλιότερη θεωρία για την όσφρηση, η οποία αναφέρεται στις δονήσεις του οσμογόνου μορίου και όχι στη δομή του. Ο Luca Turin, βασιζόμενος πλέον στα νέα δεδομένα του οσφρητικού συστήματος πλαισιώνει προϋπάρχουσες μελέτες (ήδη από τη δεκαετία του '30), εισάγοντας έναν κβαντικό μηχανισμό για την αναγνώριση των μορίων που προσομοιάζει τη λειτουργία ενός φασματοσκοπίου. Ο μηχανισμός αυτός είναι η ανελαστική σήραγγα ηλεκτρονίων. Δηλαδή ο κάθε υποδοχέας ενεργοποιείται με μία μοριακή δόνηση ενέργειας Ε, η οποία μόλις αντιστοιχηθεί με κάποιο οσμογόνο μόριο ίδιας ενέργειας (ιδιοσυχνότητας), θα θέσει σε λειτουργία τη διαδικασία μεταφοράς του σήματος της οσμής στον εγκέφαλο. Σε αυτήν την περίπτωση, μόρια που έχουν παρόμοιο ενεργειακό φάσμα (ένας τρόπος απεικόνισης είναι η απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας), θα εμφανίζουν και όμοια οσμή. Έτσι θα μπορούσε να εξηγηθεί γιατί η αιθανοθειόλη με την αιθανόλη έχουν τόσο διαφορετικές οσμές: η αιθανοθειόλη, που περιέχει το δεσμό -SH έχει πολύ διαφορετικό φάσμα απορρόφησης υπέρυθρης ακτινοβολίας απ’ ότι η αιθανόλη. Πάνω σε αυτή τη θεωρία έχουν βασιστεί τα παρακάτω πειράματα προκειμένου να ελεγχθεί κατά πόσο είναι σημαντική η μοριακή δόνηση της οσμογόνου ένωσης κατά την αναγνώρισή της από τον υποδοχέα. Αν βρεθεί μια καθολική και καθοριστική απάντηση στο ερώτημα της θεωρίας του μηχανισμού της όσφρησης, θα είναι εφικτή η κατασκευή βιοαισθητήρων, οι οποίοι θα μπορούν να αναγνωρίζουν άμεσα και με ακρίβεια την ποιότητα και τη συγκέντρωση των περιβαλλοντικών ρυπαντών.