Älykäs ja muistava molekyylianturi

Useimmat anturit on suunniteltu vain yhteen asiaan: havaitsemaan niiden läpi kulkevaa ainetta. Mutta entä jos anturi voisi tehdä enemmän? Uuden sukupolven teknologian luomiseksi tutkijat ovat etsineet inspiraatiota elävistä järjestelmistä. Jos anturi pystyisi havaitsemaan molekyylejä, voisiko se myös muistaa aiempia vuorovaikutuksia ja reagoida niihin valikoivasti?

Nyt tutkijat ovat kehittäneet nanolaitteen, joka tekee juuri tämän pienessä mittakaavassa, luoden pohjan uuden sukupolven älykkäille molekyylisensoreille.

Äskettäin ACS Nanossa julkaistussa artikkelissa Osakan yliopiston SANKENin tutkijat ja yhteistyökumppanit ovat luoneet autonomisen kiinteän olomuodon nanohuokosen, joka pystyy aistimaan molekyylejä, tuottamaan sähköisiä signaaleja ja säilyttämään muistissa viimeaikaisista tapahtumista ilman ulkoista ohjausta.

Toisin kuin perinteiset nanohuokoset, jotka toimivat passiivisina kanavina, uusi nanorakenne muuttaa jatkuvasti omaa rakennettaan kemiallisten reaktioiden kautta, mikä luo dynaamisen aistimisympäristön, joka reagoi sen läpi kulkeviin molekyyleihin.

Perinteisesti useimmat nanohuokoset toimivat yksinkertaisesti kiinteinä aukkoina, joiden aistimiskäyttäytymisen määrää ulkoinen elektroniikka.

”Nanohuokosemme toimii eri tavalla”, sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja Makusu Tsutsui. ”Eri molekyylit muuttavat sähköpiikkien kokoa, kestoa ja ajoitusta omalla tavallaan, jättäen jälkeensä ainutlaatuisia sähköisiä jälkiä”, selittää vanhempi kirjailija Tomoji Kawai. ”Koska jokainen signaali riippuu myös nanohuokosen viimeaikaisesta muistista, laite toimii muistavana, kemiallisesti aktiivisena anturina.”

”Tämä edustaa muutosta nanohuokosten suunnittelussa”, Tsutsui huomauttaa. ”Sen sijaan, että nanohuokoset toimisivat passiivisina kanavina, jotka vain päästävät molekyylit kulkemaan läpi, ne voivat aktiivisesti reagoida kemialliseen ympäristöönsä, mikä antaa niille ominaisuuksia, jotka ylittävät perinteisen aistimisen.”

Kehitetyn kaltaiset monitoimiset nanohuokoset voisivat parantaa molekyylianalyysejä biolääketieteellisessä tutkimuksessa ja diagnostiikassa tai edistää uusia iontronisia teknologioita, jotka käsittelevät informaatiota ionien avulla elektronien sijaan.

Tällainen käyttäytyminen tekee nanofluidisista memristiivijärjestelmistä houkuttelevia neuromorfiselle ja anturien sisäiselle laskennalle, jossa informaationkäsittely syntyy sisäiseen kemialliseen dynamiikkaan kytketystä kuljetuksesta eikä aistimisen, muistin ja laskennan tiukasta erottelusta.

Aiheesta aiemmin:

Muistissa laskentaa molekyylielektroniikalla

Signaaleja materiaalin ja kehon sisältä

Molekyyli kerrallaan