В Сент-Луисе специалисты Вашингтонского университета создали гибридную систему, объединяющую природное обоняние саранчи и наноматериалы. Статья вышла в Advanced Materials. Об этом сообщает Science XXI.
По замыслу авторов, насекомые смогут помогать там, где человеку трудно работать или опасно находиться. Саранчу предлагают применять для спасательных операций, поиска химического оружия и картографирования районов катастроф. Ранее в качестве примеров называли таракана, способного искать химические следы людей под завалами после землетрясения, и кузнечика, который проходит по заминированной территории и улавливает пары взрывчатых веществ.
Старшими авторами стали Барани Раман, профессор биомедицинской инженерии в Школе инженерии Маккелви, и Шрикант Сингаманени, профессор машиностроения и материаловедения. Раман рассказал, что авторы хотели соединить биологические возможности с инженерными подходами и получить более совершенную систему обнаружения.
Природные и искусственные сенсоры имеют разные сильные стороны. Обоняние саранчи очень чувствительно к слабым запахам, но 50 тысяч нейронов-рецепторов на каждой антенне не обеспечивают широкий охват соединений. Синтетические датчики лучше различают отдельные вещества, однако проигрывают насекомым в мобильности и обследовании среды. Чтобы совместить эти качества, на крылья либо антенны саранчи нанесли тонкий пористый слой коллагеновой пены.
Оно не мешало обычным функциям насекомого и стало подложкой для SERS — спектроскопии комбинационного рассеяния с усилением поверхности, повышающей сигналы молекул рядом с металлическими наноструктурами. Такой подход помогает замечать следовые количества химикатов. В опытах саранча с покрытием обошла и особей без него, и искусственные сенсоры, распознав более широкий набор запахов, включая след тротила. По словам Рамана, биологический сенсор помогает найти вещества, а наноматериал — определить конкретные соединения, что важно при неизвестных заранее молекулах; поддержку оказали Национальный научный фонд и управление научных исследований военно-воздушных сил США.