Фото: washington.edu
Потоки ионов определяют вычислительные возможности человеческого мозга
Ученым удалось на основе кремниевых нановлокон создать биоэлектронное устройство, способное контролировать работу биологических мембран, идентичных клеточным мембранам живых организмов.
Устройство также может изучать состояние этих мембран, регистрируя текущие через них потоки ионов, пишет журнал
Proceedings of the National Academy of Sciences.
По словам авторов разработки, 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.
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.
Попытка команды Александра Ноя, биолога из Ливерморской национальной лаборатории в США, увенчалась успехом: они использовали кремниевые нановолокна и 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, рассказали американские специалисты.
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.
Напомним, в апреле для изучения процессов, проходящих внутри живых клеток, ученые из Университета штата Иллинойс создали специальные наноиглы.