Достижения в области схемотехники и электроники обуславливают постоянные прорывы в компьютерных технологиях, мобильной связи и в самых разнообразных “продвинутых” электронных устройствах. Однако, принципы, используемые в электронике, можно применять и в массе других областей, где используются высокоинтегрированные системы, выполняющие функции перемещения объектов по заданным путям, переключения состояния этих объектов в ключевых точках и одновременное управление большим количеством идентичных объектов.
Это утверждение было наглядно продемонстрировано исследователями из университета Дюка (Duke University) и университета Северной Каролины (University of North Carolina), которые разработали, изготовили и испытали один из базовых переключающих элементов, своего рода транзистор. Только этот транзистор в отличие от своих более известных электронных собратьев, не управляет потоками электронов. Он способен управлять движением живых клеток по капиллярам микрожидкосных исследовательских систем, которые известны под названием лабораторий-на-чипе.
Базой для создания “клеточного” транзистора стала работа этой группы исследователей, проведенная в 2014 году, в ходе которой был разработан целый класс базовых “схемных” элементов, позволяющих манипулировать живыми клетками, движущимися по каналам микрожидскостных систем. Такие манипуляции с живыми клетками весьма напоминают обращения к оперативной памяти с произвольным доступом (RAM) на основе чего работают все современные вычислительные системы. Однако, исследователям потребовался почти год на то, чтобы создать в реальности работоспособный образец основного управляющего элемента, своего рода “клеточного транзистора”.
Основной проблемой, решение которой удалось найти ученым, стало снижение напряжения порога срабатывания устройства, напряжения на затворе транзистора, позволяющее изменить траекторию перемещения одной из живых клеток.
“Мы оптимизировали структуру транзистора, благодаря чему он может надежно работать при более низком напряжении на затворе. Это позволит минимизировать влияние транзистора на живые клетки и создать нечто вроде массива памяти, где клетки будут храниться некоторое время и откуда они будут извлекаться по мере необходимости” – рассказывает Рузбех Абедини-Нассаб (Roozbeh Abedini-Nassab), один из исследователей, – “Более того, нам удалось даже реализовать функцию записи в этот массив клеточной памяти. Наши транзисторы позволяют выхватить из потока клетки определенного типа и поместить их в область свободной ячейки матрицы”.
“Подобно миллиардам транзисторов, направляющим потоки информации внутри компьютерных процессоров, наши транзисторы могут управлять потоками живых клеток в исследовательских микрожидкостных системах” – поясняют исследователи, – “Нашей конечной целью является разработка универсальной платформы, при помощи которой мы можем выделять из потока только клетки интересующего нас типа и исследовать их позже. А это, в свою очередь, позволит другим ученым производить поиски новых методов борьбы с раком, различными видами гриппа и других опасных заболеваний”.