Бионаноэлектроника в будущих компьютерах

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) изобрели универсальную гибридную платформу, в которой используются покрытые липидами (жирными кислотами) нанопроводники для создания прототипа бионаноэлектронных устройств.

Смешивание биологических компонентов и электронных может усовершенствовать биосенсорную и диагностическую аппаратуру, улучшить кохлеарные (слуховые) имплантаты и увеличить эффективность будущих компьютеров.

Тогда как в основе современных коммуникационных устройства лежат процессы, связанные с током электронов и электрическими полями, биологические системы намного более комплексные. У них имеется целый арсенал мембранных рецепторов, каналов и "насосов" для управления переносом различных веществ, и сравнимых искусственных систем с подобными свойствами нет даже среди самых мощных компьютеров. Например, преобразование акустических волн в нервные импульсы является очень сложным процессом, но у человеческого слуха не возникает никаких затруднений. "Электронные схемы с использованием биологических систем могут быть гораздо эффективнее", - говорит Александр Ной (Aleksandr Noy), возглавляющий исследовательский проект.

Хотя проводившиеся ранее работы ставили целью интегрировать биосистемы с микроэлектроникой, точка органичного слияния достигнута не была. Однако, по словам Ноя, "с созданием наноматериалов, по масштабм сравнимых с биологическими молекулами, мы можем интегрировать системы с большой точностью". Чтобы создать бионаноэлектронную платформу, коллектив из LLNL обратил внимание на липидные мембраны, в достатке имеющиеся в живых клетках. Они формируют стабильный, самовосстанавливающийся и фактически непреодолимый для ионов и небольших молекул барьер. "Не говоря уже о том, что эти мембраны способны содержать неограниченное количество протеиновых машин, совершающих огромное число критических реакций, транспортные и сигнальные функции в клетке", - замечает Нипун Мирса (Nipun Misra), выпускник Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) и соавтор посвященной проекту статьи.

Исследователи объединили двухслойную липидную мембрану с кремниевыми транзисторами, покрыв нанопроводник сплошной двухслойной мембранной оболочкой, которая создает препятствие между поверхностью нанопроводника и окружающей средой. Ной объясняет: "Этот "щит" позволяет нам использовать поры в мембране как единственный путь для ионов достигнуть поверхности проводника. Так мы можем с помощью наноустройства наблюдать за транспортировкой веществ и контролировать протеины в мембране". Коллектив продемонстрировал это путем изменения напряжения на затворе устройства, что позволило открывать и закрывать мембранные поры посредством электроники.

По материалам: 3D News