Достижения в биоэлектронике

Достижения в биоэлектронике

Существование для того чтобы направления как биоэлектроника произошло благодаря работам Л. Гальвани и А. Вольта еще в восемнадцатом веке. Гальвани первый высказал предположение, что сокращение жадно-мышечного аппарата лягушки было вызвано биоэлектричеством. Он считал, что нервное волокно выступало проводником.  Лишь в девятнадцатом веке было узнано, что существует последовательность возбудимых клеток, талантливых создавать электрические поля.

 Как раз благодаря работам Гальвани и Вольта стали моделировать разные биологические совокупности, изучать их возможности и функции. Это поспособствовало созданию неестественных органов, биочипов, биосенсоров.

Как обстоят дела в наши дни

Сейчас имеет место связь между двумя различными областями: электроникой и биохимией, которая выразилась в новом направлении – биоэлектронике. Это область, которая объединяет электронику и биотехнологию. Она основана на электрических особенностях биологических материалов. Биоэлекторника содействует замене классических неорганических полупроводников на органические.

 Первым достижением биоэлектроники есть создание биосенсоров, за каковые направляться благодарить создателей первого в собственном роде биосенсора Л. Кларка, и К. Лионе.

Биосенсоры

Это разбирающие устройства, использующие биологические материалы для обнаружения разных молекул и отправляющих электросигнал об их присутствии и количестве. Это изобретение разрешает разбирать различные биологические жидкости, оно трудится как биорецептор живого организма. Любой из биосенсеров складываются из пары частей: химического (складывающегося из биологического материала) и физического преобразователя сигнала в электрический (речь заходит о трансдьюсере).

В качестве биологического материала смогут употребляться ферменты, белки, иммобилизованные клетки, антитела и другие биологические объекты. Назначение физического трансдьюсера – преобразование сигнала. В этом ходе участвуют электроды, оптические, спектроскопические, термические преобразователи, гравитационные, калориметрические совокупности. Схема работы биосенсора: концентрация биологической жидкости -биосенсор -трансдьюсер -преобразование и запись сигнала.

 Самые популярные биосенсоры: ферментные; клеточные. Первые включают электроды, микрокалориметрические датчики. Кроме этого в конструктивными элементами являются датчики на базе хеми- и биолюминесценции.

Особенность работы микрокалориметрических датчиков – применяют тепловой эффект от химической реакции, участниками которой являются ферменты. Их конструкция включает измерительную и контрольную колонки, каковые содержат субстрат с иммобилизованными ферментами, и термисторы. Что касается хеми- и биолюминесцентных вариантов датчиков, то в их работа основывается на улавливании излучения, образующегося в следствии ферментативной реакции.

Конструктивные изюминки – колонки с иммобилизованными ферментами + элемент, улавливающий свет. Данный вид датчика владеет высокой чувствительностью. Биосенсоры, имеющие в собственном составе электроды с иммобилизованными ферментами, способны проводить до нескольких сотен измерений, а биосенсоры с несложными ферментными препаратами лишь около 50.

 Биосенсоры, кроме этого способны определять субстраты разных ферментов (на кислородном электроде), и напротив, способны определять по концентрации субстрата активность ферментов. Клеточные биосенсоры. Активно используются для иммобилизации клетки микроорганизмов, растений, животных. Они должны легко культивироваться и развиваться в чистой культуре. Для их применения не требуется дорогостоящих стадий очистки.

 Благодаря современным методикам вероятно долгое сохранение активности ферментов, реализация сложных последовательных реакций.

Клеточные биосенсоры владеют рядом недочётов:

  • Так как используются толстые мембраны, то электрод владеет медленным откликом.
  • Низкая селективность.

Биосенсоры смогут использоваться для:

  • измерения безопасности продукции и пищевой ценности,
  • анализа разных биологических жидкостей,
  • определения степени загрязнения экологических ниш,
  • получения металлов стоков,
  • очистки разных видов вод, а также сточных вод,
  • генетической терапии.

Биочипы

Кроме этого перспективным направлением в биоэлектронике есть производство биочипов. Биочип – миниатюрная аналитическая совокупность, которая используется для разработок новых препаратов, создания новых диагностических тестов, для секвенирования. Биочипы складываются из сенсорной совокупности, трансдьюсера, аналого-микропроцессора и цифрового преобразователя, что рассчитывает результаты анализа.

 В первый раз что-то подобное современному биочипу создал Э. Саузерн в 1975 году. В Российской Федерации созданием биочипов занялись в начале 90-х. Сейчас биочипы активно используются в медицине, фармацевтике, экологии, разных видах анализов и экспертиз.

Среди биочипов выделяют:

  • на матричной оснвое,
  • на микрофлюидной базе,
  • на микросферной базе, с задаваемой цветной кодировкой.

Сумма всех ячеек на чипе образовывает 103-105, а его линейный размер приблизительно равен 1 см. Микрозонды, взаимодействующие с исследуемым материалом, наносят на подложку маленького размера. Микрозонд представлен маленькой каплей около 100 микрон. Ячейки одного микрозонда имеют один размер и расположены по10-30 капелек на 1 мм2.

Биочипы различаются по плотности размещения ячеек.При помощи данного механизма на простом биочипе произошло размещать анализаторы, каковые способны обрабатывать информации 100 тысяч генов. Биочипы изготавливаются из стекла, пластика, полупроводников и металлов. На пластиковые, стеклянные и другие пластинки наносят ДНК, белки, ферменты, каковые смогут избирательно связывать вещества в исследуемом растворе.

 Фактически все биочипы применяют при собственной работе разные химические реакции. Механизм работы биочипов содержится в том, что молекулы разбираемого материала объединяются с микрозондом, что размещен в ячейке биочипа. Присутствие определенных веществ либо генов определяют по люминесцентному свечению на прореагировавшем чипе. Перед тем как приступить к работе биочипа, разбираемый материал метят флуоресцентным красителем.

При сотрудничестве биочипа с примером в определенной ячейке, происходит реакция, из-за которой происходит свечение данной ячейки. Анализ результатов выполняют посредством широкопольного микроскопа, соединенного с видеокамерой и компьютером.

В гелевых биочипах поверхность стекла предварительно обрабатывается, потом на стекло наносят полиакриламидный гель и выполняют фиксацию ДНК. Механизм иммобилизации основан на формировании химических связей, образующихся в следствии фотореакции при обработке УФ лучами. ДНК-микрочипы используются для:

  • обнаружения мутаций в генах,
  • установления функций генов,
  • генетической терапии,
  • распознавания генов,
  • для изучения патогенных и нужных микроорганизмов.

Нашумевшие успехи

Карбин. Это линейный углеродный полимер, форма молекул которого напоминает долгую узкую цепочку, включающую углеродные атомы.

Фуллеренами. Эта новинка представлена полыми молекулами – полыми многогранниками, включающими атомы углерода. В одной 1 молекуле возможно до 560 атомов.

Нанотрубки. Являются материал в составе которого имеется углерод. Долга не превышает пары микронов.

Графен. Это неповторимый пленочный материал, что имеет особенную углеродную структуру. Ее толщина равняется толщине одного атома углерода.

Материал «заживляющий раны». Парижские ученые недавно взяли эластичный материал, заживляющий раны. Данный чудо-материал в какой-то степени схож с резиной.

Хитрость стремительного результата заживления связана с надмолекулярными связями.

Человек-невидимка – миф либо действительность?

Мы привыкли, что невидимка – это не более чем сказочный персонаж. Шапка-невидимка либо такой плащ – это одежда персонажей фильмов, мультиков – миф. Ранее подобные размышления были абсолютно верными.

В наши дни обстановка пара другая. Ученые создали материалы, каковые на возможность вправду разрешат людям делается невидимыми. Представители биомолекулярной электроники предъявили общественности результаты собственных изучений. Столичными научными деятелями И. А. Наумовым, В.А. Каплуном взяты материалы с оптическими световодами, каковые на возможность будут употребляться в качестве военной маскировочной формы.

 В этом замысле не отстают японские инженеры – запатентовали «костюм», кроме этого делающего человека невидимым. Он сделан из наноматериала, представленного узким пленочным, кристаллическим телеэкраном. Затылочная миниатюрная телекамера передает изображение на перед камуфляжа, а передняя камера проецирует картину на его заднюю часть.

 Американцы заверили, что им удалось взять при помощи зеленого лазера объект-невидимку.

10 немыслимых РАЗРАБОТОК БУДУЩЕГО

Интересные записи:

Популярные статьи на сайте:

Читайте также: