Biologista energiaa mikropiirille

Columbia Engineering korkeakoulun tutkijat ovat ensimmäisinä valjastaneet elävien järjestelmien molekyylikoneiston eli ATP:n antamaan tehoa integroidulle piirille.

ATP:llä (adenosiinitrifosfaatti) on tärkeä osa solujen energiataloudessa. Sitä käytetään elimistöissä energian siirtoon ja lyhytaikaiseen varastointiin.

Tutkijat saavuttivat yhdistelmän integroimalla tavanomaisen CMOS-piirin ATP-toimiset ionipumput sisältävän keinotekoisen lipidikaksoiskerroskalvon kanssa. Temppu avaa tien luoda kokonaan uusia keinotekoisia järjestelmiä, jotka sisältävät sekä biologisia että kiinteäaineisia komponentteja.

CMOS-elektroniikka ei kykene toistamaan luonnollisten järjestelmien toimintoja, kuten maku- ja hajuaisteja tai käyttämään biokemiallisia energialähteitä.

Eloperäiset järjestelmät toteuttavat nämä toiminnot omanlaisensa elektroniikan avulla, perustuen lipidikalvoihin, ionikanaviin ja pumppuihin, jotka toimivat eräänlaisena "biologisena transistorina." Ne hyödyntävät varauksia ionien muodossa kantamaan energiaa ja informaatiota.

Nyt tutkijat ovat tehneet tästä järjestelmästä makrotason laitteiston mutta jatkossa on tarkoitus tutkia, miten skaalata järjestelmän pienemmäksi. Silloin sitä voisi hyödyntää ihonalaisissa järjestelmissä.

Vaikka muut ryhmät ovat keränneet energiaa elävistä järjestelmistä, Shepardin ryhmä tutki, miten tehdä se molekyylitasolla, eristämällä vain haluttu toiminto ja saada se vuorovaikutukseen elektroniikan kanssa.

Tässä hankkeessa, tutkijat eristivät ATPaaseja koska ne ovat proteiineja jotka antoivat heille mahdollisuuden purkaa energiaa ATP:stä, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.