Ученые создали гибридное биоэлектронное устройство на основе кремниевых
нановлокон, способное контролировать работу биологических мембран, идентичных
клеточным мембранам животных организмов, или изучать состояние этих мембран,
регистрируя текущие через них потоки ионов.
Это достижение существенно продвинет работы по созданию гибридных сенсорных
систем для изучения состояния клеток организма, создания имплантируемых в
организм человека аппаратов или повышения вычислительной мощности компьютеров
будущего, считают авторы разработки.
До сих пор никому не удавалось создать подобное устройство, которое могло бы
контролировать или регистрировать поток ионов через биологическую мембрану. А
именно потоки ионов и их концентрации в тех или иных участках тканей определяют
колоссальные вычислительные возможности человеческого мозга, помогающие нам
слышать, видеть, говорить и мыслить.
Команда Александра Ноя, биолога из Ливерморской национальной лаборатории в
США, справилась с этой задачей, использовав кремниевые нановолокна. Команда
ученого покрыла их двойным слоем липидов, являющихся основой клеточных мембран,
после чего ввела в систему дополнительные мембранные белки. В живых клетках эти
белки встраиваются в мембрану, где и выполняют свои функции по переносу ионов
через клеточную оболочку.
Как только один из таких белков, грамицидин А, выстроился в мембрану, он
начал пропускать через себя протоны - ионы H+, отвечающие за многие параметры
биологической водной среды - уровень кислотности, ионную силу и другие. Это
немедленно отразилось на электрическом токе, текущем через кремниевые
нановолокна. В экспериментах с другим мембранным белком - аламетицином - ученые
смогли добиться контроля над транспортной функцией этого белка, варьируя
электрический потенциал на кремниевых нанотрубках и уменьшая или увеличивая тем
самым поток ионов через мембрану.
Несмотря на то, что ученые находятся в самом начале развития направления
гибридных бионаноэлектронных устройств, эксперты полагают, что появления первых
практических результатов от развития этих технологий можно ожидать уже примерно
через пять лет.
