Учёные улучшили обоняние саранчи с помощью наноматериалов для поиска химикатов
Саранча может быть использована в поисково-спасательных операциях, для обнаружения химического оружия и составления карт зон бедствий. Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе создали гибридную систему, которая сочетает природное обоняние насекомых с наноматериалами. Результаты их работы опубликованы в журнале Advanced Materials. Об этом пишет портал Science XXI.
Учёные давно рассматривают насекомых как потенциальных помощников в труднодоступных местах, где человеку сложно выжить. Например, таракан может перемещаться среди обломков после землетрясения, а кузнечик — проходить через заминированные территории, фиксируя пары взрывчатых веществ. Новое исследование приближает такие сценарии к реальности.
«Мы объединяем лучшие возможности биологии с инженерными принципами для создания более совершенной системы обнаружения», — отметил профессор биомедицинской инженерии Барани Раман из Школы инженерии Маккелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Вместе с профессором машиностроения и материаловедения Шрикантом Сингаманени он является старшим автором исследования.
Природные и искусственные сенсоры имеют свои преимущества. Обонятельная система саранчи обладает высокой чувствительностью и позволяет распознавать слабые запахи, но даже 50 тысяч рецепторных нейронов в каждой антенне не позволяют выявлять широкий спектр химических соединений. Синтетические датчики более точны для отдельных веществ, но уступают живым организмам в подвижности и способности исследовать окружающую среду.
Чтобы объединить эти свойства, учёные нанесли на антенны или крылья саранчи лёгкое пористое покрытие из коллагеновой пены. Оно служит подложкой для SERS — метода усиленной рамановской спектроскопии, который усиливает сигналы молекул рядом с металлическими наноструктурами, позволяя обнаруживать следовые количества химикатов. Это покрытие увеличило способность насекомых распознавать запахи, не нарушая их обычные функции.
В экспериментах саранча с наноматериалом превзошла как насекомых без покрытия, так и искусственные химические сенсоры. Гибридная система обнаруживала более широкий спектр запахов, включая химический след тротила. По словам Рамана, такое сочетание особенно важно в ситуациях, когда заранее неизвестно, какие молекулы нужно найти: биологический сенсор помогает обнаружить вещества, а наноматериал — определить конкретные химические соединения. Исследование поддержали Управление научных исследований ВВС США и Национальный научный фонд.
