Молекулярният електронен чип, създаден от Roswell Biotechnologies и учени от Imet
(снимка: Roswell)
Група учени завърши разработката и успешното тестване на биосензорен чип от ново поколение. Това е първият молекулярен електронен чип, който реализира 50-годишната цел за интегриране на отделни молекули във вериги, така че да се постигнат границите на мащабиране по закона на Мур.
Иновативният чип, създаден от компанията Roswell Biotechnologies и учени от белгийския център Imec, не само опростява декодирането на биоматериал, но отваря пътя към устройства за запис на данни върху ДНК носители, съобщи Sci Tech Daily.
Изследователите разработват биосензорни чипове от дълго време, но пандемията от Covid-19 значително тласна търсенето на подобни решения. Учените от Roswell Biotechnologies и Imet са изминали пътя от проект до готово решение за по-малко от две години.
Експерименталният сензор върху силициев субстрат с разделителна способност от 16 хиляди пиксела е способен да работи със скорост от 1000 кадъра в секунда, което прави възможно незабавно диагностициране на вируси, ДНК секвениране, анализ на протеини и други задачи, които преди това отнемаха много време и пари.
Разработчиците твърдят, че са създали първия по рода си молекулен сензор, който проправя пътя за следване на закона на Мур в областта на биодетектирането. Масивът може да бъде мащабиран до нови стойности на плътност и точност на откриване, увеличавайки скоростта и качеството на изследванията на биоматериали.
Елементарното устройство за откриване е специална молекула във всеки пиксел на сензора, която улавя проба от биоматериал и дава възможност за точно определяне на състава му.
Предложената платформа се състои от програмируем полупроводников чип с мащабируема архитектура на сензорния масив. Чипът включва също многоканални ADC за преобразуване на информация в цифрова форма за по-нататъшния ѝ анализ от инструменти за машинно обучение.
Елементарният пиксел на сензора се състои от два наноелектрода с междина от 20 нм. За да оцени биоматериала, молекулярна нишка от активен биологичен материал, например синтетичен α-спирален протеин, се суспендира между пролуките. Този протеин улавя проба от биоматериал за по-нататъшно тестване.
През електродите и молекулярната нишка преминава електрически ток. Силата на тока зависи от съпротивлението на веригата и определя точно целевия биоматериал, уловен от сензора. Точността на определяне на материала е толкова висока, че технологията може да се използва като четец за запис на данни върху ДНК.
Сензорните пиксели могат да носят вградени ензими на ДНК полимераза, което позволява директно електрическо наблюдение на действието на този ензим, докато той копира фрагмент ДНК елемент по елемент. Съвременната диагностика не позволява това, като работи с ДНК само чрез индиректни измервания.
Разработката има потенциал да революционизира медицината и биологичните изследвания в много свързани области: палеонтологията, криминалистиката, селското стопанство и други.