Исследователи Колумбийского университета создали макро-прототип интегральной микросхемы, получающей энергию из аденозинтрифосфата (АТФ) – универсального источника энергии для всех биохимических процессов. Для проверки возможности использования микросхемами биохимической энергии ученые объединили интегральную микросхему на основе КМОП (комплементарной структуры металл-оксид-полупроводника) и искусственную липидную бислойную мембрану с ионными насосами, функционирующими за счет энергии АТФ. Работа опубликована в Nature Communications.
Чтобы создать прототип своей гибридной системы, команда ученых под руководством Кена Шепарда (Ken Shepard) добавила к интегральной микросхеме КМОП «биоклетку», способную «питаться» энергией от гидролиза АТФ. По словам ученых, они изолировали Na+/K+-АТФазу (натрий-калиевую аденозинтрифосфатазу), ответственную за гидролиз молекул АТФ. Это в свою очередь приводило к генерации системой электрического потенциала, который и потребляла микросхема.
Макромодель размеров в несколько миллиметров содержит как биологические так и полупроводниковые компоненты и потребляет энергию, высвобождающуюся в результате гидролиза АТФ. При этом она способна отличать одни молекулы от других – давая чипу возможность распознавать вкусы и запахи. Теперь основной задачей команда инженеров видит уменьшение масштаба до молекулярного уровня.
В живых системах есть свое подобие «биологических транзисторов» – клеточные мембраны, электрохимическая разность потенциала которых обеспечивает движение молекул. Осуществление активного переноса молекул через биологические мембраны происходит при непосредственном участии молекул АТФ. Расщепление аденозинтрифосфата приводит к выделению от 40 до 60 кДж/моль, эта энергия используется для биосинтеза, движения и транспорта внутри клетки.
Источник