Саранчу могут использовать для поисково-спасательных операций, обнаружения химического оружия и составления карт зон бедствий. Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали гибридную систему, которая объединяет природное обоняние насекомых с наноматериалами. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials.
Учёные давно рассматривают насекомых как возможных помощников в местах, куда человеку трудно попасть или где он не сможет выжить. Например, таракан мог бы перемещаться среди обломков после землетрясения и искать химические следы людей, а кузнечик — проходить через заминированную территорию и фиксировать пары взрывчатых веществ. Новое исследование приблизило такие сценарии к практической реализации.
«Мы объединяем лучшие возможности биологии с инженерными принципами, чтобы создать более совершенную систему обнаружения», — сказал профессор биомедицинской инженерии Школы инженерии Маккелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе Барани Раман. Вместе с профессором машиностроения и материаловедения Шрикантом Сингаманени он стал старшим автором исследования.
У природных и искусственных сенсоров есть разные преимущества. Обонятельная система саранчи отличается высокой чувствительностью и помогает насекомому распознавать слабые запахи, однако даже примерно 50 тысяч рецепторных нейронов в каждой антенне не позволяют выявлять широкий спектр химических соединений. Синтетические датчики точнее работают с отдельными веществами, 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 выполняло функцию подложки SERS — метода усиленной рамановской спектроскопии, который повышает сигналы молекул возле металлических наноструктур и помогает обнаруживать следовые количества химикатов. Покрытие усилило способность насекомых распознавать запахи, не нарушив их обычные функции.
В экспериментах саранча с наноматериалом превзошла как насекомых без покрытия, так и искусственные химические сенсоры. Гибридная система обнаруживала более широкий набор запахов, включая химический след тротила. По словам Рамана, такое сочетание особенно важно в ситуациях, когда заранее неизвестно, какие именно молекулы требуется найти: биологический сенсор помогает обнаружить вещества, а наноматериал — определить конкретные химические соединения. Исследование поддержали Управление научных исследований ВВС США и Национальный научный фонд, сообщает Вашингтонский университет в Сент-Луисе.