北京
蝗虫有朝一日可能参与搜救、探测化学武器，甚至为灾区绘制地图。这个设想听起来像科幻，但圣路易斯华盛顿大学的一项新研究，把它往现实推近了一步。
“我们把生物学能提供的最好能力与工程学原理结合起来，造出一个更优越的传感系统。”圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院生物医学工程教授巴拉尼·拉曼（Barani Raman）这样描述他们的工作。拉曼与机械工程与材料科学教授斯里坎特·辛加马内尼（Srikanth Singamaneni）是这项研究的资深作者，论文发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。研究描述了一种混合化学传感系统，把昆虫天然的感知能力与纳米材料结合起来，帮助收集和识别化学样本。
为什么要做这种结合？辛加马内尼解释说，生物传感系统和人工传感系统各有短板。蝗虫的嗅觉系统极其灵敏，能察觉引导其行为的微弱气味，但即便每根触角上有5万个嗅觉受体神经元，它也无法识别足够宽泛的化学化合物范围。合成传感器在灵活度上不如活体生物，却能非常准确地检测特定化合物。那为什么不把两者合起来？
“生物和人工化学传感方法各有长处和短板，”辛加马内尼说，但把两者结合，“你可以撒下一张更宽的网”。具体做法是，在蝗虫的触角上附加一种超轻、高孔隙率的纳米材料涂层，即表面增强拉曼散射（SERS）基底。
SERS是一种增强纳米结构金属表面或其附近分子信号的技术，对检测痕量化学物质尤其有用。在这项研究中，研究人员把一种胶原泡沫涂在蝗虫的触角或翅膀上。这层泡沫增强了昆虫的嗅探能力，同时没有干扰它的其他功能。
辛加马内尼的实验室专长于设计和合成这类纳米材料，而拉曼长期在绘制蝗虫的感觉回路，两人的研究融合到一起，并取得了效果。装备了泡沫的蝗虫，表现优于没有SERS涂层的蝗虫，也优于合成化学传感器，在所有测试化学品上都提升了气味检测表现，其中包括TNT的化学特征信号。
在一系列测试中，这套混合系统成功检测到更宽范围的气味，同时没有影响昆虫的正常功能。拉曼表示，化学传感的一个关键难题是，人们往往不知道自己要找的是什么分子；附着在触角上的泡沫有助于识别特定的化学物种，生物学部分与化学传感部分正好互补。
“它清楚地表明，两个世界的最好之处可以合并到一起。”拉曼说。这项研究得到美国空军科学研究办公室和国家科学基金会的支持。
从地震废墟到雷场，昆虫能进入人类进不去或无法生存的地方——这套思路的想象空间正在被一点点做实。当然，从实验室里的触角泡沫到真正走上现场，中间还有多少路要走，目前还没有答案。
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