تیمی از محققان آمریکایی با استفاده از نانوذرات مهندسی شده خاص، حس بویایی ملخ ها را به طور مصنوعی تقویت کرده اند. به رهبری سریکانث سینگامانی و بارانی رامان در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، رویکرد محققان می تواند به نوع جدیدی از حسگرهای شیمیایی بیولوژیکی منجر شود.

بسیاری از حیوانات مختلف حس بویایی را تکامل داده اند که بسیار بهتر از حس بویایی ماست. حتی امروزه، جدیدترین طراحی‌های حسگرهای شیمیایی هنوز با حساسیت سیستم‌های بویایی بیولوژیکی و همچنین توانایی آن‌ها در تمایز بین مواد کاملاً متفاوت مطابقت ندارد.

اخیراً، محققان تلاش کرده اند تا از این توانایی ها در حسگرهای شیمیایی بیولوژیکی استفاده کنند. در ابتدا، تیم سینگامانی قصد داشت این کار را با ملخ‌هایی که دستگاه بویایی آن‌ها را در آنتن‌هایشان حمل می‌کنند، انجام دهند.

زیست شناسی کار سخت را انجام می دهد

رامان توضیح می‌دهد: «ما اجازه می‌دهیم زیست‌شناسی کار سخت‌تر تبدیل اطلاعات مربوط به مواد شیمیایی بخار را به یک سیگنال عصبی الکتریکی انجام دهد. این سیگنال‌ها در شاخک‌های حشرات شناسایی می‌شوند و به مغز منتقل می‌شوند. ما می‌توانیم الکترودها را در مغز قرار دهیم، پاسخ عصبی ملخ‌ها به بوها را اندازه‌گیری کنیم و از آنها به عنوان اثر انگشت برای تمایز بین مواد شیمیایی استفاده کنیم.

با این حال، این رویکرد به سرعت با مشکلاتی روبرو شد. بدون آسیب رساندن به حشرات، تیم Singamaneni دریافتند که آنها هم از نظر تعداد الکترودهایی که می‌توانند استفاده کنند و هم در مناطقی که می‌توانستند آنها را قرار دهند، به شدت محدود بودند. در نهایت، این بدان معناست که سیگنال‌های عصبی که آنها شناسایی کرده‌اند بسیار ضعیف‌تر از آن بودند که سیستم به عنوان یک حسگر شیمیایی قابل اعتماد عمل کند.

برای غلبه بر این چالش، محققان بررسی کرده‌اند که چگونه سیگنال‌های عصبی ملخ‌ها را می‌توان با کمک نانوذرات فتوترمال، که در تبدیل نور به گرما بسیار کارآمد هستند، تقویت کرد. رامان می گوید: «گرما بر انتشار تأثیر می گذارد - تصور کنید شیر سرد را به قهوه داغ اضافه کنید. ایده این است که از گرمای تولید شده توسط نانوساختارها برای گرمای موضعی و تقویت فعالیت عصبی استفاده شود.

در این مورد، تیم بررسی کردند که چگونه می توان از گرمای موضعی اعمال شده برای کنترل انتشار انتقال دهنده های عصبی استفاده کرد. اینها مولکول هایی هستند که مسئول انتقال سیگنال های الکتریکی بین نورون های مغز هستند.

موم ذوب شده

برای دستیابی به این هدف، آنها با پوشاندن نانوذرات پلی دوپامین فتوترمال در یک پوشش سیلیکا متخلخل شروع کردند. سپس ساختار را با رنگ حاوی 1-تترادکانول مخلوط کردند. دومی در دمای اتاق یک جامد مومی شکل است، اما تنها در دمای 38 درجه سانتی گراد ذوب می شود. در نهایت، آنها نانوساختارها را با یک انتقال دهنده عصبی "محموله" بارگذاری کردند و آنها را به مغز ملخ تزریق کردند.

این تیم برای آزمایش رویکرد خود، آرایه‌های تصادفی از الکترودها را روی سر ملخ‌ها قرار دادند و سیگنال‌های عصبی آن‌ها را هنگامی که در معرض بوهای مختلف قرار می‌گرفتند، زیر نظر گرفتند. هنگامی که آنها سیگنال های عصبی را شناسایی کردند، تیم یک لیزر نزدیک به مادون قرمز را در محل ظاهر شدن سیگنال ها شلیک کرد.

نانوذرات فتوترمال نور نزدیک به فروسرخ را جذب کردند و 1-تترادکانول اطراف را بالاتر از نقطه ذوب آن گرم کردند و محموله انتقال دهنده عصبی ساختار را به محیط اطراف خود رها کردند.

تقویت حس بویایی

با فراوانی موقت انتقال‌دهنده‌های عصبی، سیگنال‌های عصبی ملخ‌ها به طور موقت با ضریب 10 تقویت شد. این امر حس بویایی حشرات را بهبود بخشید و همچنین فعالیت عصبی ملخ‌ها را تا حدی افزایش داد که می‌توان با الکترود تیم با دقت بسیار بیشتری اندازه‌گیری کرد. آرایه ها حتی زمانی که نانوذرات در موقعیت‌های بهینه قرار نمی‌گرفتند، این موضوع صدق می‌کرد.

پرده گوش ملخ یک تحلیلگر فرکانس کوچک است

رامان توضیح می‌دهد: «مطالعه ما یک استراتژی کلی برای تقویت برگشت‌پذیر سیگنال‌های عصبی در محل مغزی که الکترودها را در آن قرار می‌دهیم، ارائه می‌کند. هنگامی که دیگر نیازی به تقویت سیگنال نبود، مولکول های انتقال دهنده عصبی اضافی به سادگی توسط آنزیم های طبیعی شکسته شدند. در درازمدت، نانوساختارها تجزیه زیستی می‌شوند و ملخ‌ها آسیبی نمی‌بینند.

محققان مطمئن هستند که رویکرد آنها می تواند گامی امیدوارکننده به سوی نسل جدیدی از حسگرهای شیمیایی بیولوژیکی باشد.

رامان توضیح می‌دهد: «این یک رویکرد غیرفعال موجود را - که در آن اطلاعات به سادگی خوانده می‌شود - به رویکردی فعال تغییر می‌دهد، جایی که قابلیت‌های مدارهای عصبی به عنوان مبنایی برای پردازش اطلاعات به طور کامل استفاده می‌شوند. اگر این امر محقق شود، هم حساسیت حسگرهای شیمیایی را افزایش می‌دهد و هم توانایی آن‌ها را برای تمایز بین مواد شیمیایی مختلف بهبود می‌بخشد.

تحقیق در شرح داده شده است نانوتکنولوژی طبیعت.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/nanoparticles-enhance-locusts-sense-of-smell/