Τρανζίστορ μεγέθους ιού

Ο καθηγητής Χημείας Hyman, Charles Lieber, δημιούργησε ένα τρανζίστορ τόσο μικρό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διεισδύσει στις κυτταρικές μεμβράνες και να διερευνήσει το εσωτερικό τους, χωρίς να διαταράξει τη λειτουργία τους. Το τρανζίστορ (κίτρινο) βρίσκεται κοντά στην κάμψη σε ένα νανοσύρμα πυριτίου σε σχήμα φουρκέτας, επικαλυμμένο με λιπίδια. Η κλίμακα του είναι παρόμοια με εκείνη των ενδοκυτταρικών δομών όπως τα οργανίδια (ροζ και μπλε σφαίρες) και τα νήματα ακτίνης (ροζ κλώνος). B.Tian και CM Lieber, Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ

Τρανζίστορ μεγέθους ιού

από τον Jonathan Shaw

Ιανουάριος-Φεβρουάριος 2011

Φανταστείτε να είστε σε θέση να δίνετε σήμα σε ένα κύτταρο του ανοσοποιητικού συστήματος να δημιουργήσει αντισώματα που θα καταπολεμούσαν τα βακτήρια ή ακόμα και τον καρκίνο. Αυτή η φανταστική πιθανότητα είναι τώρα (2011) ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα με την ανάπτυξη ενός βιοσυμβατού τρανζίστορ μεγέθους ιού.

Ο καθηγητής χημείας Hyman Charles Lieber και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν νανοσύρματα για να δημιουργήσουν ένα τρανζίστορ τόσο μικρό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εισέλθει και να ανιχνεύσει κύτταρα χωρίς να διαταράξει τον ενδοκυτταρικό μηχανισμό. Αυτοί οι διακόπτες ημιαγωγών νανοκλίμακας θα μπορούσαν ακόμη και να χρησιμοποιηθούν για να επιτρέψουν την αμφίδρομη επικοινωνία με μεμονωμένες κυψέλες.

Ο Lieber έχει εργαστεί την τελευταία δεκαετία στο σχεδιασμό και τη σύνθεση εξαρτημάτων νανοκλίμακας που θα του επιτρέψουν να κατασκευάσει μικροσκοπικές ηλεκτρονικές συσκευές (βλ. «Liquid Computing», Νοέμβριος-Δεκέμβριος 2001, σελίδα 20).

Η επινόηση μιας βιολογικής διεπαφής, στην οποία μια συσκευή νανοκλίμακας μπορεί πραγματικά να επικοινωνήσει με έναν ζωντανό οργανισμό, ήταν ένας ρητός στόχος από την αρχή, αλλά αποδείχτηκε δύσκολος.

Στην απλούστερη μορφή του, το πρόβλημα ήταν η εισαγωγή ενός τρανζίστορ κατασκευασμένου σε επίπεδο επίπεδο (σκεφτείτε την επιφάνεια ενός τσιπ υπολογιστή) σε ένα τρισδιάστατο αντικείμενο: μια κυψέλη μεγέθους ίσως 10 μικρομέτρων. Η απλή διάτρηση της κυψέλης δεν ήταν αρκετή, γιατί τα τρανζίστορ χρειάζονται ένα καλώδιο πηγής από το οποίο ρέουν τα ηλεκτρόνια και ένα καλώδιο αποστράγγισης μέσω του οποίου εκφορτίζονται.

Το κλειδί, λέει ο Lieber, ήταν να καταλάβουμε πώς να εισάγουμε δύο κάμψεις 120 μοιρών σε ένα γραμμικό σύρμα προκειμένου να δημιουργηθεί μια διαμόρφωση “V” ή φουρκέτας, με το τρανζίστορ κοντά στην άκρη.

Η απομάκρυνση ολόκληρης της δομής από την επιφάνεια στην οποία είχε δημιουργηθεί ήταν ευκολότερη: Η Lieber ενσωμάτωσε τους ανιχνευτές νανοσύρματος με ένα ζεύγος διμεταλλικών, πολυεπίπεδων διασυνδέσεων. Ενωμένες λωρίδες δύο διαφορετικών μετάλλων που διαστέλλονται με διαφορετικούς ρυθμούς χρησιμοποιούνται στους θερμοστάτες εδώ και χρόνια — όταν αλλάζει η θερμοκρασία, το ένα μέταλλο διογκώνεται ή συστέλλεται περισσότερο από το άλλο, λυγίζοντας τον θερμοστάτη στην αντίθετη πλευρά για να εξυπηρετήσει τη διαστολή. Ο Lieber χρησιμοποίησε αυτή την αρχή για να σηκώσει το τρανζίστορ πάνω και έξω από το επίπεδο επίπεδο στο οποίο δημιουργήθηκε.

Όταν τελικά κατασκεύασε τη μικροσκοπική συσκευή και προσπάθησε να την εισάγει σε ένα κελί, ωστόσο, δεν είχε τύχη: πιέζοντας αρκετά δυνατά για να διαταράξει την κυτταρική μεμβράνη, αναφέρει, σκότωσε το κύτταρο «αρκετά γρήγορα». Αλλά όταν η ομάδα του επικάλυψε το νανοσύρμα της φουρκέτας με ένα λιπαρό λιπιδικό στρώμα (από την ίδια ουσία αποτελούνται οι κυτταρικές μεμβράνες), η συσκευή τραβήχτηκε εύκολα στο κύτταρο μέσω σύντηξης μεμβράνης, μια διαδικασία που σχετίζεται με το ένα κύτταρο που χρησιμοποιούν για να καταπιούν ιούς και βακτήρια.

Αυτή η καινοτομία είναι σημαντική, εξηγεί ο Lieber, επειδή δείχνει ότι όταν μια ανθρωπογενής δομή είναι τόσο μικρή όσο ένας ιός ή βακτήρια, μπορεί να συμπεριφέρεται όπως οι βιολογικές δομές.

Οι δοκιμές της συσκευής δείχνουν ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για τη μέτρηση της δραστηριότητας εντός των νευρώνων, των καρδιακών κυττάρων και των μυϊκών ινών, για παράδειγμα, αλλά και για τη μέτρηση δύο διακριτών σημάτων σε ένα μόνο κύτταρο ταυτόχρονα – ίσως ακόμη και τη λειτουργία των ενδοκυτταρικών οργανιδίων.

Οι λειτουργικές μονάδες μέσα στα κύτταρα που παράγουν ενέργεια, διπλώνουν πρωτεΐνες, επεξεργάζονται σάκχαρα και εκτελούν άλλες κρίσιμες λειτουργίες. (Όταν αυτές οι διεργασίες σταματήσουν να λειτουργούν, η βλάβη μπορεί να οδηγήσει σε ασθένειες όπως ο διαβήτης, οι καρδιακές παθήσεις ή ο Tay-Sachs.)

Και επειδή ένα τρανζίστορ επιτρέπει επίσης την εφαρμογή ενός παλμού τάσης, τέτοιες συσκευές μπορεί μια μέρα να παρέχουν υβριδικούς βιολογικούς-ψηφιακούς υπολογισμούς , ή διέγερση βαθιάς εγκεφάλου για ασθενείς με Πάρκινσον, ή να χρησιμεύσει ως διεπαφή για ένα προσθετικό που απαιτεί επεξεργασία πληροφοριών στο σημείο όπου συνδέεται με τον ιδιοκτήτη του.

«Τα ψηφιακά ηλεκτρονικά είναι τόσο ισχυρά που κυριαρχούν στην καθημερινότητά μας», επισημαίνει ο Lieber. «Όταν μειώνεται η κλίμακα, η διαφορά μεταξύ ψηφιακών και ζωντανών συστημάτων θολώνει, έτσι ώστε να έχετε την ευκαιρία να κάνετε πράγματα που μοιάζουν με επιστημονική φαντασία – πράγματα που οι άνθρωποι έχουν ονειρευτεί μόνο».

ΠΗΓΗ harvardmagazine ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ GOOGLE

σ.σ. ΑΥΤΑ ΕΓΙΝΑΝ ΤΟ 2010 ΚΑΙ ΓΡΑΦΤΗΚΑΝ ΤΟ 2011, 12 ΧΡΟΝΙΑ ΜΕΤΑ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΦΑΝΤΑΣΘΕΙ Ο ΚΑΘΕΝΑΣ ΠΟΥ ΘΑ ΕΧΟΥΝ ΦΘΑΣΕΙ.

ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΑΝΤΩΝΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΥΣ

ΑΠΟΣΠΑΣΜΑ ΑΠΟ ΤΙΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΚΕΣ ΔΗΛΩΣΕΙΣ ΤΗΣ Ε.ΣΥ.

6.0 ΕΡΕΥΝΑ ΚΑΙ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΕΣ

6.1. Θα δημιουργηθούν ειδικές υποδομές όπου οι ερευνητές θα μπορούν να υλοποιούν με άνεση τις έρευνες/-πειράματα καινοτομικά. Αξιοποίηση των αποτελεσμάτων.
6.2. Θα δημιουργηθούν ειδικά σχολεία για παιδιά με υψηλά νοητικά επίπεδα ούτως ώστε να αναπτύξουν ορθά τις δυνατότητες τους.
6.3. Θα εγκατασταθούν καινοτόμα προγράμματα και σοβαρά δίκτυα σε όλα τα τριτοβάθμια εκπαιδευτικά ιδρύματα στην Ελλάδα, έτσι ώστε με τα ειδικά προγράμματα να μπορέσουν να χρηματοδοτηθούν οι νέες καινοτομίες, δημιουργίες, τεχνολογίες και άλλες εξελίξιμες μορφές προϊόντων, έτσι ώστε τα παραγόμενα προϊόντα να διατίθενται αμέσως στο εμπόριο για περαιτέρω αμοιβαίο όφελος του εκπαιδευτικού προγράμματος, τους μαθητές που φοιτούν, τους καθηγητές που διδάσκουν και κατ’ επέκταση της Ελλάδος, των Ελλήνων και του Ελληνισμού γενικότερα, με τέτοιο τρόπο ώστε μέχρι το δέκα (10 %) τοις εκατό των δικαιωμάτων να επιστρέφει πίσω στο ίδρυμα/ σχολείο από όλες τις εμπορικές δραστηριότητες που θα προωθηθούν με τα νέα προϊόντα και τις τεχνολογίες και έτσι αυτά τα σχολεία/ ιδρύματα να δημιουργούν δικούς τους μηχανισμούς αυτοχρηματοδότησης για να λειτουργούν απρόσκοπτα.
6.4. Θα συσταθεί ειδική επιτροπή άμεσων αδειοδοτήσεων για επενδύσεις ειδικά σε καινοτόμες τεχνολογίες ώστε να ωφεληθεί άμεσα όλη η κοινωνία.