Farbwechselnde Truthahnflöten inspirieren neuen Toxin- und Keimdetektor

Es stellt sich heraus, dass TruthĂ€hne nicht nur mit Soße und Cranberrysauce schmecken. Wissenschaftler haben sich schon lange von der Natur inspirieren lassen, und die bescheidene Truthahnwolke ist ihre nĂ€chste Muse.

TruthĂ€hne können die Farbe der Haut auf ihrem Kopf von Rot zu Blau zu Weiß Ă€ndern, je nachdem, ob sie ruhig oder aufgeregt sind. Diese Eigenschaft ist so unverwechselbar, dass Puten den Namen "siebengesichtiger Vogel" auf Koreanisch verdienen.

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In einer neuen Studie, veröffentlicht heute in Nature Communications, erklĂ€rt ein Forschungsteam an der UniversitĂ€t von Kalifornien, Berkeley, von Seung-Wuk Lee, wie sie eine Synthetischer Toxin-Sensor basierend auf der Farbwechsel-Technik der TĂŒrkei.

Happy Turkey, Angry Turkey

Ein Truthahnkopf ist normalerweise hellrot, eine Farbe, die durch sichtbare BlutgefĂ€ĂŸe verursacht wird, die direkt unter der Haut des Flechtwerks liegen. Die BlutgefĂ€ĂŸe sind von langen BĂ€ndern eines Bindegewebes, Kollagen genannt, umgeben, das einen der Grundbausteine ​​des Tierlebens darstellt. Wenn der Truthahn nervös wird, ziehen sich die BlutgefĂ€ĂŸe zusammen und legen mehr KollagenbĂ€nder frei.

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Dies Ă€ndert die Art und Weise, wie das ankommende Licht von der Haut der Truthenne streut und reflektiert wird, wodurch sie blau oder weiß erscheint. Es ist der gleiche Streueffekt, der den Himmel blau erscheint, aber die SonnenuntergĂ€nge gelb oder rot erscheinen lĂ€sst. Es ist auch der Grund, dass BlutgefĂ€ĂŸe unter blasser Haut blau erscheinen, obwohl das Blut in ihnen rot ist.

"Wenn wir eine Ă€hnliche Struktur aufbauen und die resultierende Struktur verwenden können, um chemische oder Umweltinformationen zu erkennen, kann es ein großartiger Farbsensor sein, den wir in unserem tĂ€glichen Leben leicht verwenden können", sagte Lee. ein Associate Professor in Bioengineering in Berkeley, in einem Interview mit Healthline.

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Ein viraler Regenbogen

Um seinen Sensor zu erstellen, brauchte Lees Team einen eigenen Baustein. Sie wĂ€hlten das M13-Virus, das in einem einfachen, sich wiederholenden Muster, das Fasern bildet, an sich selbst haften kann. "Das M13-Virus hat eine physische Form wie ein natĂŒrlicher Baustein und kann leicht identische Kopien produzieren", erklĂ€rte Lee.

Diese Fasern haben, wie sich herausstellt, kollagenĂ€hnliche Eigenschaften. Sie können sich ausdehnen oder zusammenziehen, um ihre Farbe zu Ă€ndern, indem sie von Blau zu GrĂŒn zu Gelb zu Rot wechseln. Wie es der Zufall will, reagieren die Fasern natĂŒrlich auf eine Reihe von chemischen DĂ€mpfen, einschließlich Wasser und Alkohol.

"Die FarbĂ€nderung ist fĂŒr die Chemikalien mit hohem Dampfgehalt so offensichtlich, dass wir selbst mit bloßem Auge FarbverĂ€nderungen leicht erkennen können", sagte Lee.

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Lees Team entwickelte eine Smartphone-App mit dem Namen iColour Sensor, die eine Telefonkamera verwendet, um die FarbÀnderungen zu lesen und festzustellen, wie viel von der gemessenen Chemikalie liegt in der Luft.

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Der Sensor ist nicht nur auf Wasser und Alkohol beschrÀnkt. Um die FlexibilitÀt ihrer Erfindung zu demonstrieren, entwickelte Lees Team das M13-Virus so, dass es eine Stelle enthielt, die empfindlich auf das chemisch explosive TNT reagiert. Wenn TNT-Rauch ausgesetzt wurde, dehnten sich die Fasern schnell aus und wandten sich von dunkelblau zu gelb oder rot.

Der Test war auch ziemlich selektiv - das Team versuchte seinen TNT-sensitiven Test an zwei verwandten, aber nicht explosiven Chemikalien, DNT und MNT. Der iColour Sensor konnte den Unterschied zwischen den gefÀhrlichen und den unschÀdlichen Chemikalien leicht erkennen.

Obwohl der Test nicht sehr empfindlich genug ist, um TNT im militĂ€rischen Bereich zu erkennen, ist Lee zuversichtlich, dass es ein guter Proof-of-Concept-Test ist. Er sagt, die viralen Fasern könnten möglicherweise biotechnologisch bearbeitet werden, um Stellen zu enthalten, die fĂŒr eine beliebige Anzahl von Toxinen und Mikroben empfindlich sind.

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Einen besseren Detektor erstellen

Farbkodierte chemische Detektoren sind einfacher und schneller zu lesen als Sensoren, die nur eine numerische Anzeige anzeigen. Die meisten chemischen Detektoren sind auch teuer in der Herstellung und sind nur fĂŒr eine kleine Anzahl von Chemikalien empfindlich. Lees Technologie ist billig, schnell und kann an nahezu jede Chemikalie angepasst werden.

Und wir haben TruthÀhne zu danken.

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"Die Natur bietet eine reiche Quelle der Inspiration", sagte Lee. "Alle natĂŒrlichen Produkte, die wir sehen, sind ein Beispiel fĂŒr [gewinnende Anpassungen fĂŒr] ihre gegebenen Umgebungen. Nur ein Bruchteil von ihnen wird fĂŒr wissenschaftliche und ingenieurwissenschaftliche FĂ€cher entdeckt und genutzt. Es gibt viele bemerkenswerte Strukturen und PhĂ€nomene, die immer noch darauf warten, entdeckt zu werden. "

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