米国の研究チームは、特別に設計されたナノ粒子を使用して、バッタの嗅覚を人工的に強化した。によって導かれて スリカンス・シンガマニ および バラニ・ラマン セントルイスのワシントン大学では、研究者のアプローチは新しいタイプの生物化学センサーにつながる可能性がある。
多くのさまざまな動物は、私たちの嗅覚をはるかに上回る嗅覚を進化させてきました。現在でも、化学センサーの最新設計は、生物学的嗅覚システムの感度や、微妙に異なる物質を区別する能力にまだ追いついていません。
最近、研究者らはこれらの能力を生物学的化学センサーで利用しようと試みています。当初、シンガマネニ氏のチームは、触角に嗅覚器官を持つバッタを使ってこれを行うことを計画していた。
生物学は大変な仕事をする
「私たちは、蒸気状の化学物質に関する情報を電気的な神経信号に変換するというより難しい仕事を生物学にやらせています」とラマン氏は説明します。 「これらの信号は昆虫の触角で検出され、脳に伝達されます。脳に電極を設置し、匂いに対するバッタの神経反応を測定し、それらを化学物質を区別するための指紋として使用することができます。」
しかし、このアプローチはすぐに困難に直面しました。シンガマネニ氏のチームは、昆虫に害を及ぼすことなく、使用できる電極の数と設置できる領域の両方が厳しく制限されていることを発見した。結局のところ、これは、システムが信頼できる化学センサーとして機能するには、検出された神経信号が弱すぎることを意味しました。
この課題を克服するために、研究者らは、光を熱に変換するのに非常に効率的な光熱ナノ粒子の助けを借りて、バッタの神経信号を強化する方法を研究した。 「熱は拡散に影響します。熱いコーヒーに冷たいミルクを加えることを想像してください」とラマン氏は言います。 「そのアイデアは、ナノ構造によって生成される熱を利用して局所的に加熱し、神経活動を強化することです。」
この場合、研究チームは局所的に加えられる熱を利用して神経伝達物質の放出を制御する方法を検討しました。これらは、脳内のニューロン間で電気信号を伝達する役割を担う分子です。
溶けるワックス
これを達成するために、彼らは光熱ポリドーパミンナノ粒子を多孔質シリカコーティングに閉じ込めることから始めました。次に、その構造を 1-テトラデカノールを含む染料と混合しました。後者は室温ではワックス状の固体ですが、わずか 38 °C で溶けます。最後に、彼らはナノ構造に神経伝達物質「カーゴ」を積み込み、バッタの脳に注入した。
彼らのアプローチをテストするために、研究チームはバッタの頭にランダムに配列された電極を配置し、さまざまな匂いにさらされたときの神経信号を監視した。神経信号を検出すると、チームは信号が現れた場所に近赤外線レーザーを照射した。
光熱ナノ粒子は近赤外線を吸収し、これにより周囲の 1-テトラデカノールが融点以上に加熱され、構造の神経伝達物質が周囲に放出されました。
嗅覚の強化
神経伝達物質が一時的に豊富になったため、バッタの神経信号は一時的に 10 倍に増幅されました。これにより昆虫の嗅覚が改善され、バッタの神経活動もチームの電極ではるかに正確に測定できるレベルまで上昇しました。配列。これは、ナノ粒子が最適な位置に配置されていない場合でも同様でした。
イナゴの鼓膜は小さな周波数アナライザーです
「私たちの研究は、電極を配置する脳部位で神経信号を可逆的に増強するための一般的な戦略を提示しています」とラマン氏は説明する。シグナル増幅が必要なくなると、過剰な神経伝達物質分子は自然の酵素によって単純に分解されます。長期的には、ナノ構造は生分解され、バッタは無傷のままになります。
研究者らは、自分たちのアプローチが新世代の生物化学センサーに向けた有望な一歩となる可能性があると確信している。
「それは、単に情報が読み取られるという既存の受動的なアプローチを、情報処理の基礎としての神経回路の機能が最大限に活用される能動的なアプローチに変えることになるでしょう」とラマン氏は説明する。これが実現すれば、化学センサーの感度が向上し、異なる化学物質を区別する能力も向上するでしょう。
研究はで説明されています 自然ナノテクノロジー.
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- 情報源： https://physicsworld.com/a/nanoparticles-enhance-locusts-sense-of-smell/
