Инженеры из Колумбийского университета впервые смогли использовать молекулярный механизм биологической системы для запуска электронной цепи. Для этого был использован аденозинтрифосфат (АТФ), так называемый биологический двигатель жизни.
Для этого традиционный комплементарный металло-оксидный полупроводник соединили с искусственной липидной двухслойной мембраной. В ее состав входят ионные насосы, которые работают за счет АТФ. Результаты исследования были опубликованы в онлайн-журнале Nature Communications.
Новая методика позволит создавать чипы, соединяющие биологические и полупроводниковые компоненты и получать энергию от АТФ. Устройства на базе таких чипов смогут использовать отдельные функциональные молекулы, а в перспективе — узнавать вкусы и запахи.
Однако у новой системы есть ограничения. Пока что чипы еще не способны узнавать запахи и различать вкусы и не могут использовать биохимические источники энергии. Биологические системы получают эти функции за счет, своего рода, «органического транзистора» на основе липидных мембран, ионных каналов и насосов. Они получают заряд от ионов и переносят энергию и информацию, а ионные каналы контролируют поток ионов по клеткам мембраны. Для этих же целей полупроводники используют электроны и транзисторы с эффектом поля.
Именно АТФ позволяет собирать энергию из одного источника и направлять в другой, управляя потоком ионов по мембранам.
Для исследования ученые создали макропрототип в несколько миллиметров, чтобы изучить принцип работы гибридного чипа. Исследователи хотят получить энергию не от биологической системы в целом, а от ее молекулярного уровня.
Новая технология обладает любопытными перспективами. Например, для того, чтобы искать взрывчатые вещества, понадобится не специально обученная собака, а лишь обонятельная функция собаки, встроенная в виде чипа в то или иное устройство. Работать будет не собака, а определенные молекулы.