Створена електрохімічна камера, здатна "підслухати переговори" колонії мікроорганізмів
Дослідницька група з Колумбійського університету продемонструвала дослідний зразок інтегрального чіпа, виготовленого за стандартною технологією CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor). Цей чіп є свого роду першої електрохімічної камерою, здатною зареєструвати просторове положення молекулярних і електрохімічних сигналів, за допомогою яких спілкуються окремі особини колонії мікроорганізмів, в режимі реального часу. Іншими словами функцією цього чіпа є "прослушка" розмов, що ведуться всередині колонії бактерій.
Одно - і багатоклітинні мікроорганізми, які об'єднуються і існують в колоніях, налічують мільйони та мільярди особин, використовують молекулярні та електрохімічні сигнали для координації своїх дій. Такі здібності перетворюють всю колонію в свого роду великий примітивний організм, прагне до виконання певного завдання, в основному, до розмноження і виживання в разі настання несприятливих умов. На жаль, ніякі методи оптичної мікроскопії не дозволяють розглянути всі тонкощі метаболічних, сигнальних і біохімічних процесів, які відбуваються в колонії мікроорганізмів.
"Новий чіп є одним із захоплюючих видів застосування CMOS-технології, яка дозволить нам проникнути в саму суть процесів життєдіяльності колоній бактерій, що ми зможемо використовувати в процесах вирощування біоплівок різного типу" - розповідає Кен Шепард (Ken Shepard), професор електротехніки та біоінженерії Колумбійського університету, - "Такі біоплівки мають досить широку область застосування в медицині, у виробництві лікарських препаратів, біологічного палива, в контролі екологічної обстановки і в справі ліквідації хімічних забруднень".
Чіп, подібно датчику звичайної камери, здатний отримувати 60-піксельні зображення, а час отримання одного зображення становить 36 секунд, чого цілком достатньо для моніторингу біохімічних процесів. Кожен піксел електрохімічної камери має розмір 2.6 мікрона (мільйонна частка метра) і замість фотонів світла реєструє сумарну силу електричного заряду всіх молекул, що беруть участь у біохімічному процесі "розмови".
Наступним кроком, який мають намір вжити вчені, стане розробка нового чіпа з більшою просторовою і часовою роздільною здатністю, можливості якого дозволять досліджувати процеси, що відбуваються в досить великих колоніях мікроорганізмів. "Це є абсолютно новим напрямком використання твердотільної електроніки в справі вивчення складних біологічних систем" - розповідає професор Шепард, - "І це демонструє нам потенціал традиційних технологій виготовлення інтегральних схем для інтенсивного просування вперед областей біотехнологій та інших наук про життєвих формах".