Ученые из Университета Пенсильвании разработали метод интеграции биологических компонентов в электронные схемы. Новая технология позволяет не только создавать биоэлектрические схемы, работающие на открытом воздухе, но и изучать электрические свойства подобных устройств.

Новая биоэлектрическая схема состоит из искусственных белков, пептидных спиралей с фотоактивными молекулами внутри. Эти белки расположены на электродах, которые передают электрические заряды между металлическими и неметаллическими элементами. При облучении белков светом они превращают фотоны в электроны и передают их на электроды.

В ходе разработки изобретатели столкнулись с серьезной проблемой: они смогли проверить пептидные сборки на предмет реакции на свет, однако не было никакой возможности количественной оценки их электрических свойств.

Проектирование кремниевых схем и устройств изначально проще, чем биологической электроники, поскольку можно измерить «большой кусок» кремниевой схемы и экстраполировать данные на более миниатюрные устройства. Однако с белками это невозможно, а необходимых инструментов с нанометровой чувствительностью просто не существует.

Поэтому ученым пришлось придумать новый способ измерения электрических свойств белков, чтобы их можно было использовать не только в лабораторном растворе, но и в обычных «бытовых» электронных схемах.

Для решения этой задачи команда исследователей разработала новый тип атомного силового микроскопа, который обеспечивает пространственное разрешение от нескольких нанометров до отдельных атомов. Ноу-хау заключается в использовании металлической иглы микроскопа (так называемого кантилевера) для создания колеблющегося электрического поля, с помощью которого определяется реакция электронов биоэлектрической схемы. Определив эту реакцию, можно изучать сложные взаимодействия внутри цепи, а также ее свойства, например электрическую емкость.

Для создания биоэлектрических схем изобретатели используют метод самосборки белков авторства Богданы Дишер (Bohdana Discher) и новую методику штамповки пептидов на графитовые листы электродов.

Биоэлектроника может найти широчайшее применение. Наиболее очевидные области приложения: фотоэлектрические панели, а также биохимические датчики, способные реагировать на присутствие в воздухе определенных токсинов.