تقویت حس بویایی ملخ ها با نانوذرات سفارشی – Scientific Inquirer

سیستم های حسگر ما بسیار سازگار هستند. فردی که قادر به دیدن نیست، پس از خاموش کردن چراغ در شب، به آرامی قدرتی برتر برای دیدن اجسام کوچک پیدا می کند. زنان اغلب در دوران بارداری حس بویایی قوی را تجربه می کنند. چگونه همان سیستم حسگری که عملکرد خوبی ندارد، بر اساس عملکرد قبلی خود از انتظارات فراتر رود؟

از آنجایی که طبیعت سیستم‌های حسی خود را در بازه‌های زمانی تکاملی اصلاح کرده است، یک تیم بین‌رشته‌ای از محققان دانشکده مهندسی مک‌کلوی در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس از این فرصت‌ها برای تطبیق سیستم بر اساس تقاضا برای عملکرد در اوج عملکرد استفاده کردند. ابزار آنها برای رسیدن به این هدف: ملخ ها و نانومواد بسیار کوچک برای دیدن هستند.

Srikanth Singamaneni و Barani Raman، هر دو استاد دانشکده مهندسی McKelvey، تیمی را رهبری کردند که از قدرت نانوساختارهای ویژه ساخته شده استفاده کردند که می تواند نور را جذب کند و گرما ایجاد کند، که به عنوان اثر فتوترمال شناخته می شود، و به عنوان ظروف برای ذخیره و آزادسازی جستجوی مواد شیمیایی عمل می کند. . آنها از این مواد نانوساختار برای تقویت پاسخ عصبی در مغز ملخ به بوهای خاص و بهبود شناسایی آنها استفاده کردند. نتایج این مطالعه در فناوری نانو طبیعی 25 ژانویه 2024

Singamaneni، پروفسور Lilyan & E. Lisle Hughes در دپارتمان مهندسی مکانیک و علم مواد، و رامان، استاد مهندسی پزشکی، سال‌ها با شانتانو چاکرابارتی، استاد کلیفورد دبلیو مورفی در صندلی Preston M. Green همکاری کرده‌اند. در مهندسی برق و سیستم ها برای بهره برداری از قابلیت های حسی برتر سیستم بویایی ملخ. آنها اخیرا امکان استفاده از دماغه الکترونیکی بیوهیبرید را برای تشخیص دود مواد منفجره نشان دادند.

برای خبرنامه روزانه دوز ثبت نام کنید و بهترین اخبار علمی را از سراسر وب دریافت کنید که هر روز صبح مستقیماً به صندوق ورودی شما تحویل داده می شود؟ به آسانی صبح یکشنبه است.

رامان گفت: “ما اجازه می دهیم زیست شناسی کار سخت تر تبدیل اطلاعات بخار شیمیایی به سیگنال عصبی الکتریکی را انجام دهد.” این سیگنال‌ها در آنتن‌های حشره شناسایی شده و به مغز منتقل می‌شوند. ما می توانیم الکترودها را در مغز قرار دهیم، پاسخ عصبی ملخ ها را به بوها اندازه گیری کنیم و از آنها به عنوان اثر انگشت برای تشخیص مواد شیمیایی استفاده کنیم.

این ایده، در عین حال که صحیح است، یک مشکل 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 می کنیم، می خواهیم آن سیگنال را تقویت کنیم. در اینجا ما به گرما و نورومدولاسیون روی آوردیم تا سیگنال دریافتی را تقویت کنیم.

در مطالعه جدید، تیم از دو استراتژی برای افزایش توانایی ملخ ها در تشخیص بو استفاده کرد. ابتدا، این تیم نانوذرات پلی دوپامین زیست سازگار و زیست تخریب پذیر را ایجاد کردند که نور را از طریق فرآیندی به نام اثر فتوترمال به گرما تبدیل می کند.

رامان گفت: گرما بر انتشار اثر می گذارد. تصور کنید شیر سرد را به قهوه داغ اضافه کنید. ایده این است که از گرمای تولید شده توسط نانوساختارها برای گرمایش موضعی، به عنوان مثال روی یک نانوهیتر، و بهبود فعالیت عصبی استفاده شود.

دوم، این مواد نانوساختار می توانند برای بارگیری مواد شیمیایی برای ذخیره سازی ساخته شوند. با این حال، آنها باید با مواد پوششی محصور شوند. این تیم از یک ماده تغییر فاز به نام تترادکانول استفاده کردند که در دمای اتاق جامد است و با حرارت دادن به مایع تبدیل می‌شود. هنگامی که گرم می شوند، همان نانوهیترها علاوه بر تولید گرما، مواد شیمیایی ذخیره شده در آنها را آزاد می کنند.

Singamaneni و تیم اکتوپامین را ذخیره می کنند، یک تعدیل کننده عصبی که در عملکردهای مختلف نقش دارد و آن را در صورت تقاضا آزاد می کند. به طور معمول، این نورومدولاتورها بر اساس نیاز بدن آزاد می شوند. با این حال، با استفاده از بخاری‌های نانوساختار، آنها در صورت تقاضا برای تقویت سیگنال‌های عصبی روشن 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 این مقاله، گفت: «استراتژی تعدیل عصبی فعال‌شده با نانو که ما ایجاد کردیم، فرصت‌های جدیدی را برای تحقق رویکردهای سنجش شیمیایی سایبورگ سفارشی می‌گشاید. این رویکرد 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 مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تصویر: آزمایشگاه سینگامانی، دانشگاه واشنگتن

اگر محتوایی را که ایجاد می‌کنیم دوست دارید و می‌خواهید از ما حمایت کنید، لطفاً یک حامی حامی شوید! با پیوستن به انجمن ما، به مزایای انحصاری مانند دسترسی زودهنگام به آخرین محتوای ما، به‌روزرسانی‌های پشت صحنه، و امکان ارسال سؤالات و پیشنهاد موضوعاتی برای پوشش ما دسترسی خواهید داشت. حمایت شما به ما امکان می دهد به تولید محتوای باکیفیت ادامه دهیم و به مخاطبان بیشتری دسترسی پیدا کنیم.

امروز در Patreon به ما بپیوندید و بیایید با هم کار کنیم تا محتوای شگفت انگیزتری ایجاد کنیم! https://www.patreon.com/ScientificInquirer