Nanopartiküller Çekirgelerin Koku Duyusunu Geliştiriyor

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Çekirgedeki nanopartikülleri gösteren çizim — Sıcak noktalar: Bu fotoğraf kompozisyonunda, yakın kızılötesi ışıkla aydınlatılan (kırmızıyla gösterilen) nanopartiküllerin (solda) konumunu gösteren bir çekirge (orta) bulunur. (Nezaket: Singamaneni Laboratuvarı/Washington Üniversitesi)

ABD'li araştırmacılardan oluşan bir ekip, özel olarak tasarlanmış nanopartiküller kullanarak çekirgelerdeki koku duyusunu yapay olarak geliştirdi. Liderliğinde Srikanth Singamaneni ve Barani Raman St Louis'deki Washington Üniversitesi'ndeki araştırmacıların yaklaşımı yeni bir tür biyolojik kimyasal sensöre yol açabilir.

Pek çok farklı hayvan, bizimkinden çok daha üstün bir koku alma duyusu geliştirmiştir. Bugün bile, kimyasal sensörlerin en yeni tasarımları, biyolojik koku alma sistemlerinin hassasiyetini ve aynı zamanda çok farklı maddeleri ayırt etme yeteneğini henüz yakalayamamıştır.

Son zamanlarda araştırmacılar bu yetenekleri biyolojik kimyasal sensörlerde kullanmaya çalıştılar. Başlangıçta Singamaneni'nin ekibi bunu antenlerinde koku alma aygıtlarını taşıyan çekirgelerle yapmayı planladı.

Biyoloji zor işi yapar

Raman, "Biyolojinin, buhar halindeki kimyasallar hakkındaki bilgiyi elektriksel sinir sinyaline dönüştürmek gibi daha zor bir işi yapmasına izin verdik" diye açıklıyor. “Bu sinyaller böceklerin antenlerinde tespit ediliyor ve beyne iletiliyor. Beynine elektrotlar yerleştirebilir, çekirgelerin kokulara verdiği sinirsel tepkiyi ölçebilir ve bunları kimyasalları ayırt etmek için parmak izi olarak kullanabiliriz.”

Ancak bu yaklaşım kısa sürede zorluklarla karşılaştı. Singamaneni'nin ekibi böceklere zarar vermeden hem kullanabilecekleri elektrot sayısının hem de yerleştirilebilecekleri bölgelerin kesinlikle sınırlı olduğunu buldu. Sonuçta bu, tespit ettikleri sinir sinyallerinin sistemin güvenilir bir kimyasal sensör olarak hareket edemeyecek kadar zayıf olduğu anlamına geliyordu.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için araştırmacılar, çekirgelerin sinir sinyallerinin, ışığı ısıya dönüştürmede son derece etkili olan fototermal nanopartiküllerin yardımıyla nasıl geliştirilebileceğini keşfettiler. Raman, "Isı difüzyonu etkiliyor; sıcak kahveye soğuk süt eklediğinizi hayal edin" diyor. "Fikir, nanoyapıların ürettiği ısıyı yerel olarak ısıtmak ve sinirsel aktiviteyi arttırmak için kullanmaktır."

Bu durumda ekip, nörotransmiterlerin salınımını kontrol etmek için lokal olarak uygulanan ısının nasıl kullanılabileceğini inceledi. Bunlar beyindeki nöronlar arasında elektrik sinyallerinin iletilmesinden sorumlu moleküllerdir.

Eriyen balmumu

Bunu başarmak için fototermal polidopamin nanopartiküllerini gözenekli bir silika kaplamayla kaplayarak işe başladılar. Daha sonra yapıyı 1-tetradekanol içeren bir boyayla karıştırdılar. İkincisi oda sıcaklığında mumsu bir katıdır, ancak yalnızca 38 °C'de erir. Son olarak nanoyapıları bir nörotransmitter “kargo” ile yüklediler ve bunları çekirge beyinlerine enjekte ettiler.

Ekip, yaklaşımlarını test etmek için çekirgelerin kafalarına rastgele elektrot dizileri yerleştirdi ve çekirgeler farklı kokulara maruz kaldıklarında sinir sinyallerini izledi. Ekip, sinirsel sinyaller tespit ettiğinde sinyallerin göründüğü yere yakın kızılötesi bir lazer ateşledi.

Fototermal nanopartiküller yakın kızılötesi ışığı emdi ve bu, çevredeki 1-tetradekanol'ü erime noktasının üzerine ısıtarak yapının nörotransmitter yükünü yakın çevresine saldı.

Geliştirilmiş koku alma duyusu

Nörotransmitterlerin geçici bolluğuyla, çekirgelerin sinir sinyalleri geçici olarak 10 kat arttı. Bu, böceklerin koku alma duyusunu geliştirdi ve aynı zamanda çekirgelerin sinirsel aktivitesini, ekibin elektrotuyla çok daha doğru bir şekilde ölçülebilecek seviyelere yükseltti. diziler. Nanopartiküller optimal pozisyonlara yerleştirilmediğinde bile durum böyleydi.

Locust kulak zarı küçük bir frekans analizörüdür

Raman şöyle açıklıyor: "Çalışmamız, beynin elektrotları yerleştirdiğimiz bölgesindeki sinir sinyallerini tersine çevrilebilir şekilde geliştirmek için genel bir strateji sunuyor." Sinyal amplifikasyonuna artık gerek kalmadığında, fazla miktardaki nörotransmiter molekülleri doğal enzimler tarafından basitçe parçalandı. Uzun vadede nanoyapılar biyolojik olarak parçalanacak ve çekirgelere zarar vermeyecek.

Araştırmacılar, yaklaşımlarının yeni nesil biyolojik kimyasal sensörlere doğru umut verici bir adım olabileceğinden eminler.

Raman, "Bu, bilginin basitçe okunduğu mevcut pasif yaklaşımı, bilgi işlemenin temeli olarak sinir devrelerinin yeteneklerinin tam olarak kullanıldığı aktif bir yaklaşıma dönüştürecektir" diye açıklıyor. Eğer bu gerçekleşirse, bu hem kimyasal sensörlerin hassasiyetini artıracak hem de farklı kimyasallar arasında ayrım yapma yeteneklerini geliştirecek.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Doğa Nanoteknolojisi.