حس بویایی ملخ ها با نانوذرات سفارشی تقویت شد
حس بویایی ملخ ها با نانوذرات سفارشی تقویت شد =سیستم های حسی ما بسیار سازگار هستند. فردی که بعد از خاموش کردن چراغ در شب نمی تواند ببیند، به آرامی به قدرت برتری برای دیدن حتی اجسام کوچک دست می یابد.
زنان اغلب در دوران بارداری به حس بویایی بالایی دست می یابند. چگونه همان سیستم حسی که عملکرد ضعیفی داشت می تواند بر اساس عملکرد قبلی خود از انتظارات فراتر رود؟
از آنجایی که طبیعت سیستم‌های حسی خود را در مقیاس‌های زمانی تکاملی کامل کرده است ، یک تیم بین‌رشته‌ای از محققان در دانشکده مهندسی مک‌کلوی در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس از این قابلیت‌ها استفاده کردند تا سیستم را برحسب تقاضا برای عملکرد در اوج عملکرد خود تطبیق دهند.
ابزار آنها برای رسیدن به این هدف: ملخ ها و نانومواد بسیار کوچک برای دیدن.
سریکانت سینگامانی و بارانی رامان، هر دو استاد دانشکده مهندسی مک‌کلوی، تیمی را رهبری کردند که از قدرت نانوساختارهای ویژه ساخته شده استفاده کردند که می‌توانند نور را جذب کنند و گرما ایجاد کنند، که به عنوان اثر فتوترمال شناخته می‌شود و به‌عنوان ظروف برای ذخیره و رهاسازی مواد شیمیایی عمل می‌کند.
تقاضا آنها از این مواد نانوساختار برای تقویت پاسخ عصبی در مغز ملخ به بوهای خاص و بهبود شناسایی آنها استفاده کردند. نتایج این تحقیق در 25 ژانویه 2024 در Nature Nanotechnology منتشر شد.
Singamaneni، پروفسور Lilyan & E. Lisle Hughes در دپارتمان مهندسی مکانیک و علوم مواد، و رامان، استاد مهندسی پزشکی، سال‌ها با Shantanu Chakrabartty، استاد کلیفورد W. Murphy در گروه Preston M. Green همکاری کرده‌اند.
مهندسی برق و سیستم ها، برای مهار قابلیت های حسی برتر سیستم بویایی ملخ. اخیراً آنها امکان استفاده از دماغه الکترونیکی هیبریدی زیستی را برای سنجش بخارات مواد منفجره نشان دادند.
رامان گفت: «ما اجازه دادیم زیست شناسی کار سخت تری را برای تبدیل اطلاعات در مورد مواد شیمیایی بخار به سیگنال عصبی الکتریکی انجام دهد.
این سیگنال‌ها در شاخک‌های حشرات تشخیص داده می‌شوند و به مغز منتقل می‌شوند. ما می‌توانیم الکترودهایی را در مغز قرار دهیم، پاسخ عصبی ملخ‌ها را به بوها اندازه‌گیری کنیم و از آنها به عنوان اثر انگشت برای تمایز بین مواد شیمیایی استفاده کنیم.
این ایده، اگرچه درست است، اما یک مانع بالقوه دارد.
سنگامانی گفت: «ما از نظر تعداد الکترودها و محل قرار دادن آنها محدود هستیم. “از آنجایی که ما فقط یک سیگنال جزئی دریافت خواهیم کرد، می خواهیم این سیگنال را تقویت کنیم.
اینجاست که ما به گرما و نورومدولاسیون روی آوردیم تا سیگنال دریافتی را تقویت کنیم.”
در تحقیقات جدید، تیم از دو استراتژی برای تقویت توانایی ملخ ها در تشخیص بو استفاده کرد.
ابتدا، تیم یک نانوذره پلی دوپامین زیست سازگار و زیست تخریب پذیر ایجاد کرد که نور را از طریق فرآیندی به نام اثر فوتوترمال به گرما تبدیل می کند.
رامان گفت: گرما بر انتشار اثر می گذارد. تصور کنید که شیر سرد را به قهوه داغ اضافه کنید. ایده این است که از گرمای تولید شده توسط نانوساختارها برای گرم کردن موضعی، به عنوان مثال، یک نانوهیتر و تقویت فعالیت عصبی استفاده کنید.
دوم، این مواد نانوساختار می توانند برای بارگیری مواد شیمیایی برای ذخیره سازی ساخته شوند. با این حال، آنها باید توسط یک ماده پوششی محصور شوند.
این تیم از یک ماده تغییر فاز به نام تترادکانول استفاده کردند که در دمای اتاق جامد است و با گرم شدن به مایع تبدیل می‌شود. هنگامی که گرم می شوند، همان نانوهیترها علاوه بر تولید گرما ، مواد شیمیایی ذخیره شده در آنها را نیز ترشح می کنند .
سینگامانی و تیمش اکتوپامین را ذخیره کردند، یک تعدیل کننده عصبی که در عملکردهای مختلف نقش دارد و آن را در صورت تقاضا آزاد کردند.
معمولاً این نورومدولاتورها بر اساس نیاز ارگانیسم آزاد می شوند. با این حال، با استفاده از بخاری های نانوساختار، آنها در صورت تقاضا برای تقویت سیگنال های عصبی آزاد شدند.
رامان گفت: “مطالعه ما یک استراتژی کلی برای تقویت برگشت پذیر سیگنال های عصبی در محل مغزی که الکترودها را در آن قرار می دهیم ارائه می دهد.”
پراشانت گوپتا، دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه سینگامانی و اولین نویسنده مقاله، گفت: «استراتژی تعدیل عصبی با قابلیت نانو که ما توسعه دادیم، فرصت‌های جدیدی را برای تحقق رویکردهای حسگر شیمیایی سایبورگ می‌گشاید.
“این رویکرد یک رویکرد غیرفعال موجود را تغییر می دهد که در آن اطلاعات به سادگی به یک رویکرد فعال خوانده می شود که در آن از قابلیت های مدارهای عصبی به عنوان مبنایی برای پردازش اطلاعات به طور کامل استفاده می شود.”
اطلاعات بیشتر: پراشانت گوپتا و همکاران، تقویت عملکرد بویایی حشرات از طریق نانو نورومدولاسیون، نانوتکنولوژی طبیعت (2024). DOI: 10.1038/s41565-023-01592-z
اطلاعات مجله: نانوتکنولوژی طبیعت
