Киборги в наномасштабе: Пока на клеточном уровне
Комплементарный металло-оксидный полупроводник или КМОП — технология создания интегральных схем, также известных как микросхемы или микрочипы. Это миниатюрные электросхемы, которые делаются на подложке из полупроводникового материала и на сегодняшний день используются практически во всем электронном оборудовании. Типичная клетка человеческого тела размером примерно 10 микрометров, а значит, в нее можно поместить сотни самых крошечных современных транзисторов, размер которых измеряется нанометрами. Таким образом, начало объединения наноэлектронных компонентов с живыми клетками было лишь вопросом времени.
Группа ученых с кафедры микро- и наносистем Института микроэлектроники в Барселоне начала с создания партий различных кристаллов поликремния, типичного полупроводникового материала. Наиболее подходящими для помещения в живые клетки были признаны кристаллы размером от полутора до трех нанометров по длине и ширине и около 0,5 толщиной, они и были «вмонтированы» в клетки диктиостелиума и в человеческие HeLa-клетки. Первые эксперименты по выращиванию HeLa-клеток с поликремниевыми кристаллами продемонстрировали низкий уровень интернализированных внутриклеточных кристаллов, поэтому ученым пришлось использовать липофекцию (инкапсуляцию материалов при помощи пузырьков под названием липосомы), чтобы получить большее количество клеток, содержащих кристаллы. После вживления ученые наблюдали за состоянием клеток, чтобы убедиться, что они остались живыми и здоровыми. Обнаружилось, что более 90% популяции HeLa-клеток оставались живыми в течение семи дней после липофекции.
Показав, что кремниевые кристаллы могут быть созданы, собраны и встроены в живые клетки разными способами (липофекция, фагоцитоз или микроинъекция), ученые перешли к гибкости техники. Изучались проблемы соединения различных материалов в одной микросхеме, их способность к трехмерному наноструктурированию, а также использование других микроэлектронных технологий, например, фокусированного ионного пучка.
Впрочем, наиболее существенно, что ученые хотели доказать возможность использования кристаллов кремния в качестве внутриклеточных датчиков. «Современные микро- и наноэлектронные процессы уже могут дать нам возможность создания сложных трехмерных микроскопических структур, таких как датчики и приводы, — сказал Плаза. — Сложные структуры размером меньше клеток могут быть изготовлены с точностью до нанометра по приемлемым ценам и в больших количествах. Кроме того, различные материалы (полупроводники, металлы и изоляторы) могут быть размещены на кристаллах кремния с большой точностью».
Основной областью применения внутриклеточных микросхем будет изучение отдельных клеток. Технология может помочь в раннем обнаружении заболеваний и создании новых механизмов восстановления клеток.
Источник gizmag.com
