Znanstvenici već dugo istražuju mogućnost da se kukci koriste kao naši pomoćnici na terenu, na mjestima do kojih ljudi ne mogu doći ili na kojima ne bi preživjeli. Zamislite žohara u području pogođenom potresom, koji može protrčati kroz ruševine i točno utvrditi gdje se nalaze kemijski tragovi ljudske prisutnosti ili skakavca koji skače kroz minsko polje i na temelju para koje je ondje detektirao donosi kartu položaja mina.

Nedavno istraživanje Sveučilišta Washington u St. Louisu približilo je tu znanstvenofantastičnu zamisao stvarnosti.

„Povezujemo ono najbolje što biologija nudi s načelima inženjerstva kako bismo stvorili bolji sustav za detekciju”, kaže Barani Raman, profesor biomedicinskog inženjerstva na McKelveyjevoj školi inženjerstva Sveučilišta Washington u St. Louisu.

Raman i njegov kolega Srikanth Singamaneni, profesor strojarstva i znanosti o materijalima, glavni su autori istraživanja objavljenog u časopisu Advanced Materials. U studiji je opisan hibridni sustav za detekciju kemikalija koji povezuje prirodne sposobnosti osjetilnog opažanja kukaca s nanomaterijalima kako bi pomogao u prikupljanju i prepoznavanju kemijskih uzoraka.

„I biološki i umjetni sustavi za detekciju kemikalija imaju nedostatke“, kaže Singamaneni. „Njušni sustav skakavca iznimno je osjetljiv i može detektirati slabe mirise koji usmjeravaju njegovo ponašanje. No, čak ni s 50 000 njušnih receptorskih neurona u svakoj anteni ne može prepoznati dovoljno širok raspon kemijskih spojeva. Sintetički senzori, s druge strane, ne mogu se mjeriti s okretnim živim organizmima, ali mogu vrlo precizno detektirati određene spojeve. Zašto ne bismo spojili ta dva pristupa“, pita se Singamaneni.

„Biološki i umjetni pristupi detekciji kemikalija imaju svoje prednosti i nedostatke”, dodaje Singamaneni, no njihovim povezivanjem „možemo zahvatiti širi raspon spojeva”. Istraživači su na antene skakavaca nanijeli ultralaku, vrlo poroznu prevlaku od nanomaterijala, poznatu kao podloga za površinski pojačano Ramanovo raspršenje (Surface-Enhanced Raman Scattering – SERS).

SERS je tehnika kojom se pojačavaju signali molekula na metalnim površinama nanostruktura ili u njihovoj blizini. Posebno je korisna za detekciju tragova kemikalija. U ovom slučaju istraživači su na antene ili krila nanijeli kolagensku pjenu. Pjena je poboljšala sposobnost kukaca da detektiraju mirise, a pritom nije ometala njihove druge funkcije.

• Hibridni sustav u budućnosti bi mogao koristiti skakavce za detekciju kemijskih para tijekom potražnih i spasilačkih akcija ili u ratnim područjima. Na temelju obrazaca neuronskih reakcija organizma brzo bi prepoznavao određene kemikalije i utvrđivao njihovu lokaciju prije nego što spasilačke ekipe uđu na mjesto događaja. Pjena na anteni i krilu može pojačati prirodni osjetilni sustav organizma, prikupiti uzorke i detektirati tragove kemijskih spojeva. © Raman Lab

Singamanenijev laboratorij specijaliziran je za osmišljavanje i sintezu takvih nanomaterijala. On radi na plazmonskim nanostrukturama jednako dugo koliko Raman proučava osjetilne neuronske sklopove skakavaca. Povezali su svoja istraživanja, a rezultati su pokazali uspjeh. Skakavci opremljeni pjenom nadmašili su skakavce bez SERS prevlake, kao i sintetičke kemijske senzore. Učinkovitost detekcije mirisa poboljšala se za sve ispitivane kemikalije, uključujući kemijski trag TNT-a.

U nizu pokusa hibridni sustavi uspješno su detektirali širi raspon mirisa, a da pritom nisu utjecali na uobičajene funkcije kukaca.

Raman kaže da je jedan od glavnih izazova pri detekciji kemikalija to što često nije poznato koje se molekule traže. Pjena nanesena na antene pomaže u prepoznavanju pojedinih kemijskih vrsta, ističe, a biološki dio sustava i dio za detekciju kemikalija međusobno se nadopunjuju.

Dopušteno je citiranje kraćih dijelova članka uz obvezno navođenje autora, izvora i poveznice na izvorni članak. Svako preuzimanje cjelovitog članka ili njegovih većih dijelova bez izričitog odobrenja autora predstavlja povredu autorskih prava.

• SKAKAVCI
• NANOMATERIJALI
• KUKCI
• DETEKCIJA KEMIKALIJA
• SINTETIČKI SENZORI
• RAMANOVA SPEKTROSKOPIJA
• ISTRAŽIVANJE
• ZNANOST
• NOVE TEHNOLOGIJE
• SVEUČILIŠTE WASHINGTON U ST. LOUISU