Nanoschaum an Heuschreckenfühlern: besserer Nachweis im Labor

Der Fühler einer Heuschrecke wird bald zum Sensor. Im Labor von Barani Raman an der Washington University in St. Louis wird ein dünner, mit Nanomaterialien beladener Kollagenschaum auf die Fühler oder Flügel des Insekts aufgebracht, wo er Spuren chemischer Signaturen erkennen und einfangen kann. Der Schaum beeinträchtigt laut dem Team die übrigen Funktionen des Insekts nicht.

Insekten werden seit Langem als Feldagenten an Orten gedacht, die Menschen nicht betreten können. Das Hindernis ist, dass ihr Geruchssinn außergewöhnlich, aber eng begrenzt ist. Jeder Fühler trägt 50.000 olfaktorische Rezeptorneuronen, also jene Nervenzellen, die Geruchsmoleküle auffangen, und sie nehmen schwache Gerüche wahr, die das Verhalten der Heuschrecke lenken. Trotzdem kann das Insekt keine ausreichend große Bandbreite an Verbindungen identifizieren. Synthetische Sensoren bieten den umgekehrten Kompromiss: Sie sind bei bestimmten Molekülen sehr genau, erreichen aber nicht die Wendigkeit eines lebenden Tieres.

Die Lösung beruht auf einer Technik namens SERS, kurz für oberflächenverstärkte Raman-Streuung, die das Signal von Molekülen verstärkt, die auf oder nahe nanostrukturierten Metalloberflächen sitzen. Sie ist besonders nützlich für Spurenchemikalien. Singamanenis Labor entwickelt diese Nanomaterialien, während Ramans Labor die sensorischen Schaltkreise der Heuschrecke kartiert. Der Kollagenschaum ist extrem leicht und hochporös und sammelt Moleküle am Körper des Insekts. Die Biologie bewältigt die breite Palette an Gerüchen, während das Nanomaterial hilft, bestimmte chemische Substanzen zu identifizieren, was eine zentrale Schwierigkeit darstellt, da die Forschenden oft nicht wissen, welche Moleküle sie aufspüren sollen.

In einer Reihe von Tests, über die Advanced Materials berichtet, übertrafen Heuschrecken mit dem Schaum sowohl Heuschrecken ohne Schaum als auch synthetische chemische Sensoren. Die Geruchserkennung verbesserte sich für jede getestete Chemikalie, auch für die chemische Signatur von TNT. Die Berichterstattung nennt keine Angabe dazu, um wie viel besser die Erkennung ist, und all diese Ergebnisse stammen aus dem Labor.

Für Such- und Rettungsteams oder Truppen in einem Kriegsgebiet liegt der Reiz in einem Sensor, der als Erster hineingeht. Ein Hybridsystem könnte im Prinzip Heuschrecken vorausschicken, um chemische Dämpfe zu melden, bevor Einsatzkräfte einen Ort betreten. Das bleibt eher die Vision des Teams als ein fertiges Gerät: Die Studie ist ein Laborergebnis, und weder das Team noch die Universität nennen einen Zeitplan für den Feldeinsatz.