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A locust's antenna is about to become a sensor. In Barani Raman's lab at Washington University in St. Louis, a thin collagen foam loaded with nanomaterials is applied to the insect's antennae or wings, where it can detect and collect trace chemical signatures. The foam, the team reports, does not interfere with the insect's other functions.
L'antenna di una locusta sta per diventare un sensore. Nel laboratorio di Barani Raman alla Washington University di St. Louis, una sottile schiuma di collagene caricata di nanomateriali viene applicata sulle antenne o sulle ali dell'insetto, dove può rilevare e raccogliere tracce di firme chimiche. Secondo il team, la schiuma non interferisce con le altre funzioni dell'insetto.
Insects have long been imagined as field agents in places people cannot enter. The obstacle is that their sense of smell is extraordinary but narrow. Each antenna carries 50,000 olfactory receptor neurons, the nerve cells that catch odour molecules, and they pick up faint smells that guide the locust's behaviour. Even so, the insect cannot identify a wide enough range of compounds. Synthetic sensors make the opposite trade: they are very accurate on specific molecules, but they do not match a living animal's agility.
Da tempo gli insetti sono immaginati come agenti sul campo in luoghi in cui le persone non possono entrare. Il limite è che il loro olfatto è straordinario ma ristretto. Ogni antenna contiene 50.000 neuroni recettori olfattivi, le cellule nervose che catturano le molecole odorose e rilevano gli odori deboli che guidano il comportamento della locusta. Anche così, l'insetto non riesce a identificare una gamma abbastanza ampia di composti. I sensori sintetici fanno il compromesso opposto: sono molto precisi su molecole specifiche, ma non eguagliano l'agilità di un animale vivo.
The answer rests on a technique called SERS, short for surface-enhanced Raman scattering, which boosts the signal of molecules sitting on or near nanostructured metal surfaces. It is especially useful for trace chemicals. Singamaneni's lab designs these nanomaterials, and Raman's lab maps the locust's sensory circuits. The collagen foam is ultralight and highly porous, and it gathers molecules on the insect's body. The biology handles the broad range of smells, while the nanomaterial helps identify particular chemical species, a key difficulty since researchers often do not know which molecules they are targeting.
La soluzione si basa su una tecnica chiamata SERS, acronimo di surface-enhanced Raman scattering, che amplifica il segnale delle molecole posate sopra o vicino a superfici metalliche nanostrutturate. È particolarmente utile per le sostanze chimiche in tracce. Il laboratorio di Singamaneni progetta questi nanomateriali, mentre quello di Raman mappa i circuiti sensoriali della locusta. La schiuma di collagene è ultraleggera e altamente porosa e raccoglie le molecole sul corpo dell'insetto. La biologia gestisce l'ampia gamma di odori, mentre il nanomateriale aiuta a identificare specifiche specie chimiche: un problema non da poco, dato che spesso i ricercatori non sanno quali molecole stanno cercando.
In a series of tests reported in Advanced Materials, locusts equipped with the foam outperformed both locusts without it and synthetic chemical sensors. Odour detection improved for every chemical tested, including the chemical signature of TNT. The reporting gives no figure for how much better the detection is, and all of these results come from the laboratory.
In una serie di test pubblicati su Advanced Materials, le locuste dotate della schiuma hanno superato sia le locuste senza di essa sia i sensori chimici sintetici. Il rilevamento degli odori è migliorato per ogni sostanza testata, compresa la firma chimica del TNT. Il testo non indica di quanto sia migliore il rilevamento, e tutti questi risultati provengono dal laboratorio.
For search-and-rescue teams or troops in a war zone, the appeal is a sensor that goes in first. A hybrid system could, in principle, send locusts ahead to flag chemical vapours before responders enter a site. That remains the team's vision rather than a device: the study is a lab result, and neither the team nor the university gives a timeline for field use.
Per le squadre di soccorso o per le truppe in una zona di guerra, l'attrattiva sta in un sensore che entra per primo. Un sistema ibrido potrebbe, in linea di principio, mandare avanti le locuste a segnalare i vapori chimici prima che i soccorritori entrino in un sito. Per ora resta la visione del team e non un dispositivo: lo studio è un risultato di laboratorio, e né il team né l'università indicano una tempistica per l'uso sul campo.