Група дослідників з Колумбійського університету створила перший у своєму роді чіп, який працює за рахунок біохімічної енергії, одержуваної ним від тих же самих молекул, які є “паливом” для всіх живих клітин.
У майбутньому на основі цих технологій можуть бути створені крихітні пристрої, призначені для впровадження всередину клітин живих організмів, які для виконання своєї роботи будуть використовувати енергію, вироблювану цими клітинами.
Молекули аденозинтрифосфату (adenosine triphosphate, ATP) закладають в собі досить велику кількість енергії. Вони служать для транспортування енергії всередині організму від місця, де виробляється ця енергія, до місця, де вона споживається. У новому біохімічному чипі використовується природний калій-натрієвий фермент ATPases, молекули якого розщеплюють молекули аденозинтрифосфату, в результаті чого вивільняється закладена в них енергія. Для перетворення цієї енергії використовується іонна мембрана, яка пропускає крізь себе тільки іони натрію і калію, що призводить до появи електричного потенціалу.
“Іонні насоси – це аналоги електронних компонентів, функціонуючі усередині живих систем” – розповідає Кен Шепард (Ken Shepard), провідний дослідник з Колумбійського університету.
У своєму чипі дослідники використовували фермент ATPases, вилучений з мозку тварини, молекули якого були обложені на поверхню жирової мембрани. На квадратному міліметрі поверхні мембрани знаходилося близько 2 мільйонів молекул і це складає всього п’ять відсотків від щільності таких молекул на мембранах нервових тканин ссавців.
Як повідомляє dailytechinfo.org, у присутності достатньої концентрації аденозинтрифосфату іонний насос виробив електричний потенціал в 78 мілівольт. А “біоякомірка”, що складається з двох послідовних мембран може забезпечити електричний потенціал, при якому можуть працювати схеми на комплементарних МДН-транзисторах. Ефективність перетворення коміркою з хімічної в електричну енергію становить 14,9 відсотка.
Оскільки аденозинтрифосфат зустрічається тільки всередині клітин, нова система не може працювати в кровотоці організму і приводити в дію різні пристрої, такі як імплантати або кардіостимулятори. “Однак, така система може привести в дію дуже крихітний імплантат, досить маленький для того, щоб бути поміщеним всередину живої клітини” – розповідає Кен Шепард, – “Тверді матеріали вже використовуються для виготовлення наночастинок, що використовуються в терапевтичних цілях, і ми прагнемо зробити так , щоб ці частинки могли що-небудь обчислювати, приймати рішення і діяти у відповідності з цими рішеннями”.
У своїх наступних дослідженнях вчені з Колумбійського університету намагатимуться інтегрувати білки і ферменти інших типів в електроніку, завдяки чому ця електроніка знайде здатність відчувати природним способом запахи, смак і т.п. “Існуємо безліч способів об’єднання твердотільних компонентів з біологічними компонентами, вирощеними штучно або взятими з живих клітин” – розповідає Кен Шепард, – “І в деяких випадках таке об’єднання може стати дуже корисним”.
