В области электроники биотехнология может быть использована для создания улучшенных типов биосенсоров и проводящих устройств, называемых биочипы.
Биотехнология делает возможным создание устройств, в которых белки являются основой молекул, действующих как полупроводники. Для индикации загрязнений различного происхождения в последнее время стали использовать не химические реагенты, а биосенсоры – ферментные электроды, а также иммобилизованные клетки микроорганизмов. Ферменты обладают высочайшей чувствительностью.
Биоселективные датчики создают путем нанесения на поверхность ионоселективных электродов целых клеток микроорганизмов или тканей. Например, Neurospora europea – для определения NH3, Trichosporon brassiacae – для определения уксусной кислоты.
В качестве сенсоров используют также моноклональные антитела, обладающие исключительно высокой избирательностью. Лидерами в производстве биодатчиков и биочипов являются японские компании, такие как Hitachi, Sharp. Например, компания Hitachi в начале 90-х годов создала проектную групп численностью в 200 человек исключительно для работ в области биоэлектроники. Компания Sharp проводит исследования по разработке компьютеров с биокомпонентами.
Появляется новый тип полупроводников, проводящую функцию в которых осуществляют молекулы белков. Такие ферментные системы работают с большей скоростью, чем кремниевые полупроводники. Биочипы имеют небольшие размеры, надежны и способны к самосборке. Еще одна японская компания, Sony, запатентовала способ производства высококачественных акустических систем из целлюлозы, образуемой бактериями. Гелеобразная целлюлоза высушивается. Полученный материал имеет структуру сот и используется в качестве плоской диафрагмы акустических систем [41].
В настоящее время нескольким исследовательским группам удалось создать прототипы биотранзистора на основе металлопротеинов [42] (рис.43); цифрового устройства памяти, состоящего из вируса табачной мозаики [43] (рис.44 а,б); биологического переключателя на основе молекулы хлорофила А, выведенного из шпината, способного принимать 4 различных положения – от вытянутого до скрученного [44] (рис.45 а,б).
Источники:
41. Сайт «Биотехнология», URL: http://www.biotechnolog.ru/prombt/prombt1_5.htm (дата обращения 22.02.2017)
42. Alessandrini, A. and M. Salerno «Single-metalloprotein wet biotransistor»; Appl. Phys. Lett. 2005, 86: 133902
43. Tseng, R. J., C. Tsai, L. Ma, J. Ouyang, C. S. Ozkan, and Y. Yang «Digital memory device based on tobacco mosaic virus conjugated with nanoparticles»; Nat. Nanotechnol. 2006, 1: 72-77
44. Violeta Iancu and Saw-Wai Hla «Realization of a four-step molecular switch in scanning tunneling microscope manipulation of single chlorophyll-a molecules»; PNAS September 12, 2006 vol. 103 no. 37 13721 PH
Список статей канала по данной теме:
Парадигмальная модель развития электроники. Глава 1. Введение в парадигмальную теорию.
Глава 2. Взаимодополняющие законы развития науки, технологий и общества.
Глава 3. История развития мировой электроники. Часть 2. Парадигма вакуумной электроники.
Глава 3. История развития мировой электроники. Часть 3. Парадигма твердотельной электроники.
Глава 3. Смена стратегии развития электроники XXI века. Новые подходы. Часть 5. Спинтроника.
Глава 3. Смена стратегии развития электроники XXI века. Новые подходы. Часть 6. Фотоника.
Глава 3. Смена стратегии развития электроники XXI века. Новые подходы. Часть 7. Биоэлектроника.
Глава 4. Электроника. Вызовы XXI века. Перспективы дальнейшего развития.
