Komputerowy chip zasilany biologicznie

Marzenie o połączeniu inżynierii i biologii w celu stworzenia maszyny będącej jednocześnie wytworem natury i człowieka stało się bardziej realne za sprawą wynalazku naukowców z Columbia School of Engineering and Applied Science. Uczeni z powodzeniem wykorzystali energię chemiczną wytworzoną w procesie biologicznym, w celu zasilania układów scalonych CMOS. Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications[1].

Grupa badawcza pod przewodnictwem prof. Kena Sheparda oprawcowała system zasilania za pomocą sztucznie utworzonej dwuwarstwowej błony lipidowej zawierającej naturalnie występujące pompy jonowe, które są zasilane przez występujacą w biologicznym świecie cząsteczkę energetyczną, czyli ATP (adenozynotrójfosforan). Wspomniany związek jest koenzymen przenoszącym energię chemiczną w procesach w żywej komórce. Cząsteczka produkowana jest w procesie fotosyntezy i oddychania komórkowego, niezbędna przy procesach biologicznych takich jak podział komórki czy skurcz mięśni.

410px-Syntaza_ATP.svg

Rys. 1 Schemat syntezy ATP

Naukowcy połączyli błonę lipidową do konwencjonalnego półprzewodnikowego układu scalonego CMOS (ang. complementary metal-oxide semiconductor), a pompy jonowe włączyli do obwodu zasilającego układ. „Pompy jonowe działają na podobnej zasadzie jak tranzystory. Zastosowaliśmy ten sam rodzaj pompy, która występuje w neuronach i utrzymuje ich potencjał spoczynkowy. Wytwarza na sztucznej błonie potencjał elektryczny występujący w naturze. W połączeniu z układem scalonym wykorzystano energię z powierzchni błony do jego zasilania.” tłumaczy prof. Shepard.

Wykorzystanie izolowanego i sztucznie utworzonego komponentu jest innym sposobem na łączenie całych organizmów z układami, co było wykonywane w przeszłości z różnym powodzeniem.

„Nie potrzebujemy całej komórki, wystarczy jej komponent. W tym projekcie wykorzystaliśmy ATPazy, białka które pomogły nam wydobyć energię z ATP. Musimy być bardziej kreatywni i odważni w sposobie rozwijania technologii układów scalonych.” mówi Shepard.

1. Roseman J. M., Lin J., Ramakrishnan S., Rosenstein J., Shepard K., Hybrid integrated biological–solid-state system powered with adenosine triphosphate, Nature Communications 6, doi:10.1038/ncomms10070

2. http://engineering.columbia.edu/columbia-engineers-build-biologically-powered-chip

3. http://www.gizmag.com/cyborg-biologically-powered-chip/40815/

Opracowała: Olga Polakowska

Korekta: Ilona Sadok

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*