Исследователи из Университета Помпеу Фабра в Испании разработали устройство, способное выполнять вычисления путем печати ячеек (клеток) на бумаге. Впервые они разработали живое устройство, которое можно использовать вне лаборатории без участия специалиста, и его можно производить в промышленных масштабах по невысокой цене.

В настоящее время у нас есть много электронных устройств — таких, как компьютеры и планшеты — вычислительная мощность которых достаточно велика. Но, несмотря на их мощность, они представляют собой очень ограниченные устройства для обнаружения биологических маркеров, которые указывают на наличие болезни. По этой причине несколько лет назад начали разрабатываться биологические компьютеры — живые клеточные устройства, которые могут обнаруживать несколько маркеров и генерировать сложные ответы. В них исследователи используют биологические рецепторы, которые позволяют обнаруживать экзогенные сигналы и с помощью синтетической биологии изменять их, чтобы давать ответ в соответствии с информацией, которую они обнаруживают.

К настоящему времени разработаны клеточные устройства, которые должны работать в лаборатории в течение ограниченного времени при определенных условиях и должны обрабатываться специалистом в области молекулярной биологии. Теперь группа исследователей из Университета Помпеу Фабра разработала новую технологию печати сотовых устройств на бумаге, которую можно использовать вне лаборатории.

Интересно, что они используют в качестве чернила различные типы клеток с питательными веществами для рисования. Клетки остаются зажатыми в бумаге, живыми и функциональными, и там они продолжают расти и могут испускать сигналы, которые проходят через бумагу и достигают других клеток. Причина, по которой это делается на бумаге (или других поверхностях, например, на ткани), в основном практическая. Это дешевый метод и легко адаптируется к промышленному использованию, а большие количества могут производиться с очень низкими затратами.

«Мы хотели разработать масштабируемую модель и подумали об использовании системы печати, подобной той, которая используется для печати футболок. Мы делаем формы по нашему рисунку, мы пропитываем его различными ячеистыми чернилами, как буфер, наносим на бумагу, и ячейки осаждаются», – Сира Могас-Диес из Университета Помпеу Фабра в Испании.

Сильной стороной является то, что эти устройства на бумаге можно хранить в холодильнике или даже замораживать, поскольку ячеистые чернила содержат криопротекторы, которые позволяют это делать. Таким образом, в отличие от предыдущих устройств, их можно хранить в течение длительного времени перед использованием.

В этом новом подходе каждый элемент устройства представляет собой группу клеток, в данном случае бактерий, с минимальными генетическими модификациями, которые могут обнаруживать различные сигналы. Клетки живут в полосе бумаги и общаются друг с другом, интегрируют сигналы и генерируют тот или иной ответ в зависимости от различных комбинаций обнаруженных сигналов. Элементы не меняются, но, изменяя их расположение в пространстве с помощью рисунка, который они делают на бумаге, можно создавать устройства с различными функциями.

«Таким образом, порядок расположения ячеек — это программное обеспечение, ячейки — это оборудование, а бумага — это физический субстрат, на котором размещены эти ячейки», – Хавьер Масиа из Университета Помпеу Фабра в Испании.

Исследовательская группа разработала различные биосенсоры, один из которых предназначен для обнаружения ртути. Вклад системы по сравнению с другими существующими системами состоит в том, что она позволяет визуально оценить концентрацию ртути, не требуя наличия в лаборатории устройства, которое ее измеряет. В зависимости от количества присутствующей ртути на реактивной полоске появляется больше или меньше точек, которые можно подсчитать невооруженным глазом.