Наночастинки покращують нюх сарани – Physics World

Використовуючи спеціально створені наночастинки, команда американських дослідників штучно посилила нюх у сарани. На чолі з Шрікант Сінгаманені та Барані Раман у Вашингтонському університеті в Сент-Луїсі підхід дослідників може привести до нового типу біологічних хімічних сенсорів.

Багато різних тварин розвинули нюх, який значно перевершує наш власний. Навіть сьогодні новітні розробки хімічних сенсорів ще не наздогнали чутливість біологічних нюхових систем, а також їхню здатність розрізняти тонко різні речовини.

Нещодавно дослідники спробували використати ці здібності в біологічних хімічних сенсорах. Спочатку команда Сінгаманені планувала зробити це за допомогою сарани, яка несе свій нюховий апарат у вусиках.

Біологія робить важку роботу

«Ми дозволили біології зробити більш складну роботу з перетворення інформації про пароподібні хімікати в електричний нейронний сигнал», — пояснює Раман. «Ці сигнали виявляються в антенах комах і передаються в мозок. Ми можемо помістити електроди в мозок, виміряти нервову реакцію сарани на запахи та використовувати їх як відбитки пальців, щоб розрізняти хімічні речовини».

Однак цей підхід швидко наштовхнувся на труднощі. Не завдаючи шкоди комахам, команда Сінгаманені виявила, що вони суворо обмежені як у кількості електродів, які вони можуть використовувати, так і в регіонах, де їх можна розмістити. Зрештою, це означало, що нейронні сигнали, які вони виявили, були занадто слабкими, щоб система могла діяти як надійний хімічний датчик.

Щоб подолати цю проблему, дослідники дослідили, як нервові сигнали сарани можна посилити за допомогою фототермічних наночастинок, які надзвичайно ефективно перетворюють світло на тепло. «Тепло впливає на дифузію — уявіть собі, що ви додаєте холодне молоко до гарячої кави», — каже Раман. «Ідея полягає в тому, щоб використовувати тепло, що виділяється наноструктурами, для локального нагрівання та посилення нейронної активності».

У цьому випадку команда дослідила, як місцеве тепло можна використовувати для контролю вивільнення нейромедіаторів. Це молекули, відповідальні за передачу електричних сигналів між нейронами в мозку.

Плавлення воску

Щоб досягти цього, вони почали з укладання фототермічних наночастинок полідофаміну в пористе кремнеземне покриття. Потім вони змішали структуру з барвником, що містить 1-тетрадеканол. Останній є воскоподібною твердою речовиною при кімнатній температурі, але плавиться лише за 38 °C. Нарешті, вони завантажили наноструктури нейромедіаторним «вантажем» і ввели їх у мозок сарани.

Щоб перевірити свій підхід, команда розмістила випадкові масиви електродів на головах сарани та спостерігала за їхніми нейронними сигналами, коли вони піддавали їх впливу різних запахів. Коли вони виявили нейронні сигнали, команда потім вистрілила лазером ближнього інфрачервоного діапазону в місці, де з’явилися сигнали.

Фототермічні наночастинки поглинали ближнє інфрачервоне світло, і це нагрівало навколишній 1-тетрадеканол вище температури плавлення, вивільняючи нейромедіаторний вантаж структури в його безпосереднє оточення.

Посилений нюх

Завдяки тимчасовому надлишку нейромедіаторів нервові сигнали сарани були тимчасово посилені в 10 разів. Це покращило нюх комах, а також підвищило нервову активність сарани до рівнів, які можна було виміряти набагато точніше за допомогою електрода команди. масиви. Це було навіть тоді, коли наночастинки не були розміщені в оптимальних положеннях.

Барабанна перетинка сарани - це крихітний частотний аналізатор

«Наше дослідження представляє загальну стратегію оборотного посилення нейронних сигналів у ділянці мозку, де ми розміщуємо електроди», — пояснює Раман. Коли підсилення сигналу більше не було потрібно, надлишок молекул нейромедіатора просто розщеплювався природними ферментами. У довгостроковій перспективі наноструктури біологічно розпадуться, залишаючи сарану неушкодженою.

Дослідники впевнені, що їхній підхід може стати багатообіцяючим кроком до нового покоління біологічних хімічних сенсорів.

«Це змінило б існуючий пасивний підхід, коли інформація просто зчитується, на активний, де можливості нейронних ланцюгів як основи обробки інформації використовуються повністю», — пояснює Раман. Якщо це буде досягнуто, це підвищить чутливість хімічних датчиків і покращить їх здатність розрізняти різні хімічні речовини.

Дослідження описано в Природа нанотехнології.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/nanoparticles-enhance-locusts-sense-of-smell/