नैनोकण टिड्डियों की गंध की भावना को बढ़ाते हैं - भौतिकी विश्व

विशेष रूप से इंजीनियर किए गए नैनोकणों का उपयोग करके, अमेरिकी शोधकर्ताओं की एक टीम ने टिड्डियों में गंध की भावना को कृत्रिम रूप से बढ़ाया है। के नेतृत्व में श्रीकांत सिंगमनेनी और बरनी रमन सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय में, शोधकर्ताओं का दृष्टिकोण एक नए प्रकार के जैविक रासायनिक सेंसर को जन्म दे सकता है।

कई अलग-अलग जानवरों में सूंघने की क्षमता विकसित हो गई है जो हमारी सूंघने की क्षमता से काफी बेहतर है। आज भी, रासायनिक सेंसर के नवीनतम डिज़ाइन अभी तक जैविक घ्राण प्रणालियों की संवेदनशीलता के साथ-साथ सूक्ष्म रूप से भिन्न पदार्थों के बीच अंतर करने की उनकी क्षमता को नहीं पकड़ पाए हैं।

हाल ही में, शोधकर्ताओं ने जैविक रासायनिक सेंसरों में इन क्षमताओं का उपयोग करने का प्रयास किया है। प्रारंभ में, सिंगमानेनी की टीम ने टिड्डियों के साथ ऐसा करने की योजना बनाई, जो अपने एंटीना में घ्राण तंत्र ले जाती हैं।

जीव विज्ञान कड़ी मेहनत करता है

रमन बताते हैं, "हमने जीव विज्ञान को वाष्पशील रसायनों के बारे में जानकारी को विद्युत तंत्रिका संकेत में परिवर्तित करने का कठिन काम करने दिया।" “ये संकेत कीड़ों के एंटीना में पाए जाते हैं और मस्तिष्क तक प्रेषित होते हैं। हम मस्तिष्क में इलेक्ट्रोड लगा सकते हैं, गंध के प्रति टिड्डियों की तंत्रिका प्रतिक्रिया को माप सकते हैं, और उन्हें रसायनों के बीच अंतर करने के लिए उंगलियों के निशान के रूप में उपयोग कर सकते हैं।

हालाँकि, यह दृष्टिकोण शीघ्र ही कठिनाइयों में पड़ गया। कीड़ों को नुकसान पहुंचाए बिना, सिंगमानेनी की टीम ने पाया कि वे उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोड की संख्या और उन क्षेत्रों में जहां उन्हें रखा जा सकता है, दोनों में सख्ती से सीमित थे। अंततः, इसका मतलब यह हुआ कि जिन तंत्रिका संकेतों का उन्होंने पता लगाया, वे सिस्टम के लिए एक विश्वसनीय रासायनिक सेंसर के रूप में कार्य करने के लिए बहुत कमज़ोर थे।

इस चुनौती से निपटने के लिए, शोधकर्ताओं ने पता लगाया है कि फोटोथर्मल नैनोकणों की मदद से टिड्डियों के तंत्रिका संकेतों को कैसे बढ़ाया जा सकता है, जो प्रकाश को गर्मी में परिवर्तित करने में बेहद कुशल हैं। रमन कहते हैं, "गर्मी प्रसार को प्रभावित करती है - गर्म कॉफी में ठंडा दूध मिलाने की कल्पना करें।" "विचार यह है कि नैनोस्ट्रक्चर द्वारा उत्पन्न गर्मी का उपयोग स्थानीय स्तर पर गर्मी और तंत्रिका गतिविधि को बढ़ाने के लिए किया जाए।"

इस मामले में, टीम ने जांच की कि न्यूरोट्रांसमीटर की रिहाई को नियंत्रित करने के लिए स्थानीय रूप से लागू गर्मी का उपयोग कैसे किया जा सकता है। ये मस्तिष्क में न्यूरॉन्स के बीच विद्युत संकेतों को संप्रेषित करने के लिए जिम्मेदार अणु हैं।

पिघलता मोम

इसे प्राप्त करने के लिए, उन्होंने फोटोथर्मल पॉलीडोपामाइन नैनोकणों को एक झरझरा सिलिका कोटिंग में लपेटकर शुरुआत की। फिर उन्होंने संरचना को 1-टेट्राडेकेनॉल युक्त डाई के साथ मिलाया। उत्तरार्द्ध कमरे के तापमान पर मोम जैसा ठोस होता है, लेकिन केवल 38 डिग्री सेल्सियस पर पिघल जाता है। अंत में, उन्होंने नैनोस्ट्रक्चर को एक न्यूरोट्रांसमीटर "कार्गो" से लोड किया और उन्हें टिड्डियों के दिमाग में इंजेक्ट किया।

अपने दृष्टिकोण का परीक्षण करने के लिए, टीम ने टिड्डियों के सिर पर इलेक्ट्रोड की यादृच्छिक श्रृंखला रखी, और जब उन्होंने उन्हें विभिन्न गंधों के संपर्क में लाया तो उनके तंत्रिका संकेतों की निगरानी की। जब उन्होंने तंत्रिका संकेतों का पता लगाया, तो टीम ने उस स्थान पर एक निकट-अवरक्त लेजर चलाया जहां सिग्नल दिखाई देते थे।

फोटोथर्मल नैनोकणों ने निकट-अवरक्त प्रकाश को अवशोषित किया और इसने आसपास के 1-टेट्राडेकेनॉल को उसके पिघलने बिंदु से ऊपर गर्म कर दिया - जिससे संरचना के न्यूरोट्रांसमीटर कार्गो को उसके तत्काल परिवेश में छोड़ दिया गया।

गंध की बढ़ी हुई अनुभूति

न्यूरोट्रांसमीटरों की अस्थायी प्रचुरता के साथ, टिड्डियों के तंत्रिका संकेतों को अस्थायी रूप से 10 के कारक से बढ़ाया गया था। इससे कीड़ों की गंध की भावना में सुधार हुआ और टिड्डियों की तंत्रिका गतिविधि को ऐसे स्तर तक बढ़ाया गया जिसे टीम के इलेक्ट्रोड द्वारा कहीं अधिक सटीक रूप से मापा जा सकता था। सरणियाँ। यह तब भी स्थिति थी जब नैनोकणों को इष्टतम स्थिति में नहीं रखा गया था।

टिड्डे के कान का पर्दा एक छोटा आवृत्ति विश्लेषक है

रमन बताते हैं, "हमारा अध्ययन मस्तिष्क के उस स्थान पर जहां हम इलेक्ट्रोड लगाते हैं, तंत्रिका संकेतों को विपरीत रूप से बढ़ाने के लिए एक सामान्य रणनीति प्रस्तुत करता है।" जब सिग्नल प्रवर्धन की आवश्यकता नहीं रह गई थी, तो अतिरिक्त न्यूरोट्रांसमीटर अणुओं को प्राकृतिक एंजाइमों द्वारा आसानी से तोड़ दिया गया था। लंबी अवधि में, नैनोस्ट्रक्चर बायोडिग्रेड हो जाएंगे, जिससे टिड्डियों को कोई नुकसान नहीं होगा।

शोधकर्ताओं को विश्वास है कि उनका दृष्टिकोण नई पीढ़ी के जैविक रासायनिक सेंसर की दिशा में एक आशाजनक कदम हो सकता है।

"यह एक मौजूदा निष्क्रिय दृष्टिकोण को बदल देगा - जहां जानकारी को बस पढ़ा जाता है - एक सक्रिय दृष्टिकोण में, जहां सूचना प्रसंस्करण के आधार के रूप में तंत्रिका सर्किट की क्षमताओं का पूरी तरह से उपयोग किया जाता है," रमन बताते हैं। यदि हासिल किया गया, तो इससे रासायनिक सेंसरों की संवेदनशीलता बढ़ेगी और विभिन्न रसायनों के बीच अंतर करने की उनकी क्षमता में सुधार होगा।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/nanoparticles-enhance-locusts-sense-of-smell/