Le nanoparticelle migliorano l'olfatto delle locuste – Physics World

Utilizzando nanoparticelle appositamente progettate, un team di ricercatori statunitensi ha potenziato artificialmente il senso dell'olfatto nelle locuste. Guidato da Srikanth Singamaneni ed Barani Rama presso la Washington University di St Louis, l'approccio dei ricercatori potrebbe portare a un nuovo tipo di sensori chimici biologici.

Molti animali diversi hanno sviluppato un senso dell’olfatto che supera di gran lunga il nostro. Ancora oggi, i più recenti progetti di sensori chimici devono ancora raggiungere la sensibilità dei sistemi olfattivi biologici, così come la loro capacità di distinguere tra sostanze leggermente diverse.

Recentemente, i ricercatori hanno tentato di sfruttare queste capacità nei sensori chimici biologici. Inizialmente, il team di Singamaneni aveva pianificato di farlo con le locuste, che portano il loro apparato olfattivo nelle antenne.

La biologia fa il duro lavoro

"Lasciamo che sia la biologia a fare il lavoro più difficile, ovvero convertire le informazioni sulle sostanze chimiche vaporose in un segnale neurale elettrico", spiega Raman. “Questi segnali vengono rilevati nelle antenne degli insetti e trasmessi al cervello. Possiamo posizionare elettrodi nel cervello, misurare la risposta neurale delle locuste agli odori e usarli come impronte digitali per distinguere le sostanze chimiche”.

Questo approccio però incontrò presto delle difficoltà. Senza danneggiare gli insetti, il team di Singamaneni ha scoperto che essi erano strettamente limitati sia nel numero di elettrodi che potevano utilizzare, sia nelle regioni in cui potevano essere posizionati. In definitiva, ciò significava che i segnali neurali rilevati erano troppo deboli perché il sistema potesse fungere da sensore chimico affidabile.

Per superare questa sfida, i ricercatori hanno esplorato come i segnali neurali delle locuste potrebbero essere migliorati con l’aiuto di nanoparticelle fototermiche, che sono estremamente efficienti nel convertire la luce in calore. "Il calore influisce sulla diffusione: immagina di aggiungere latte freddo al caffè caldo", afferma Raman. “L’idea è quella di utilizzare il calore generato dalle nanostrutture per riscaldare localmente e migliorare l’attività neurale”.

In questo caso, il team ha esaminato come il calore applicato localmente potrebbe essere utilizzato per controllare il rilascio di neurotrasmettitori. Queste sono le molecole responsabili della trasmissione dei segnali elettrici tra i neuroni nel cervello.

Cera fondente

Per raggiungere questo obiettivo, hanno iniziato racchiudendo nanoparticelle di polidopamina fototermica in un rivestimento di silice porosa. Hanno poi mescolato la struttura con un colorante contenente 1-tetradecanolo. Quest'ultimo è un solido ceroso a temperatura ambiente, ma fonde a soli 38°C. Infine, hanno caricato le nanostrutture con un “carico” di neurotrasmettitori e le hanno iniettate nel cervello delle locuste.

Per testare il loro approccio, il team ha posizionato serie casuali di elettrodi sulle teste delle locuste e ha monitorato i loro segnali neurali quando le esponevano a odori diversi. Quando hanno rilevato i segnali neurali, il team ha quindi sparato un laser nel vicino infrarosso nel punto in cui apparivano i segnali.

Le nanoparticelle fototermiche hanno assorbito la luce del vicino infrarosso e questa ha riscaldato l'1-tetradecanolo circostante al di sopra del suo punto di fusione, rilasciando il carico di neurotrasmettitori della struttura nelle sue immediate vicinanze.

Senso dell'olfatto migliorato

Con la temporanea abbondanza di neurotrasmettitori, i segnali neurali delle locuste sono stati temporaneamente amplificati di un fattore 10. Ciò ha migliorato l'olfatto degli insetti e ha anche potenziato l'attività neurale delle locuste a livelli che potevano essere misurati in modo molto più accurato dall'elettrodo del team matrici. Ciò è avvenuto anche quando le nanoparticelle non erano collocate in posizioni ottimali.

Il timpano di locusta è un minuscolo analizzatore di frequenza

"Il nostro studio presenta una strategia generica per migliorare in modo reversibile i segnali neurali nel sito del cervello in cui posizioniamo gli elettrodi", spiega Raman. Quando l’amplificazione del segnale non era più necessaria, le molecole di neurotrasmettitore in eccesso venivano semplicemente scomposte da enzimi naturali. A lungo termine, le nanostrutture si biodegraderanno, lasciando incolumi le locuste.

I ricercatori sono fiduciosi che il loro approccio potrebbe rappresentare un passo promettente verso una nuova generazione di sensori chimici biologici.

“Cambierebbe un approccio passivo esistente – in cui le informazioni vengono semplicemente lette – in uno attivo, in cui le capacità dei circuiti neurali come base per l’elaborazione delle informazioni vengono pienamente utilizzate”, spiega Raman. Se raggiunto, ciò aumenterebbe la sensibilità dei sensori chimici e migliorerebbe la loro capacità di distinguere tra diverse sostanze chimiche.

La ricerca è descritta in Natura Nanotecnologia.

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• PlatoData.Network Generativo verticale Ai. Potenzia te stesso. Accedi qui.
• PlatoAiStream. Intelligenza Web3. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• PlatoneESG. Carbonio, Tecnologia pulita, Energia, Ambiente, Solare, Gestione dei rifiuti. Accedi qui.
• Platone Salute. Intelligence sulle biotecnologie e sulle sperimentazioni cliniche. Accedi qui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/nanoparticles-enhance-locusts-sense-of-smell/