Новое исследование может позволить ученым создавать киборгов на клеточном уровне благодаря MIT Media Lab за разработку миниатюрной антенны, которая может работать без проводов внутри живой клетки. Это может найти применение в медицинской диагностике, лечении и других научных процессах из-за потенциала антенны для мониторинга и направления в реальном времени. клеточная активность.
Ученые назвали эту технологию Cell Rover. Это первая демонстрация антенны, которая может работать внутри клетки и совместима с трехмерными биологическими системами.
Деблина Саркар, доцент и руководитель отдела развития карьеры AT&T в медиа-лаборатории Массачусетского технологического института и глава лаборатории нано-кибернетики Biotrek, сказала: «Обычные биоэлектронные интерфейсы имеют размеры в миллиметры или даже сантиметры и не только очень инвазивны, но и не обеспечивают разрешения, необходимого для беспроводного взаимодействия с отдельными клетками, особенно если учесть, что изменения даже в одной клетке могут повлиять на весь организм».
Размер недавно разработанной антенны намного меньше ячейки. Антенна представляла менее 05 процента объема клетки в исследованиях с клетками ооцитов. Он преобразует электромагнитные волны на акустические волны, длины волн которых на пять порядков меньше, что представляет собой скорость звука, деленную на частоту волны, чем у электромагнитных волн.
Миниатюрные антенны сконструированы с использованием вещества, известного как магнитострикционный, для достижения преобразования электромагнитных волн в акустические. Магнитные домены внутри магнитострикционного материала выравниваются по полю, когда магнитное поле подается на антенну, запитывая и активируя ее. Это вызывает напряжение в материале, подобно тому, как металлические нити, вплетенные в ткань, могут скручиваться под действием сильного магнита.
Баджу Джой, студент лаборатории Саркара и ведущий автор этой работы, сказал: «Когда к антенне прикладывается переменное магнитное поле, переменная деформация и напряжение (давление), возникающие в материале, создают помехи. акустические волны в антенне. Мы также разработали новую стратегию с использованием неоднородного магнитного поля для введения марсоходов в ячейки».
Саркар сказал, «Сконфигурированная таким образом антенна может использоваться для изучения основ биологии по мере того, как происходят естественные процессы. Вместо того, чтобы разрушать клетки для исследования их цитоплазмы, как это обычно делается, Cell Rover может отслеживать развитие или деление клетки, обнаруживая различные химические вещества и биомолекулы, такие как ферменты, или физические изменения, такие как клеточное давление, — и все это в режиме реального времени и в естественных условиях. ».
Исследователи утверждают, что такие материалы, как полимеры, которые уже используются в медицинских и других исследованиях, могут быть интегрированы в работу Cell Rover. Полимеры, например, изменяют массу или напряжение в ответ на химические или биомолекулярные изменения. Подобная комбинация может раскрыть информацию, которую не могут дать используемые в настоящее время разрушающие клетки методы наблюдения.
Саркар объяснил, «С такими возможностями Cell Rover может быть полезен в Онкология и исследования нейродегенеративных заболеваний, например. Технология может обнаруживать и отслеживать биохимические и электрические изменения, связанные с болезнью, по мере ее прогрессирования в отдельных клетках. Примененная в области открытия лекарств, эта технология может пролить свет на реакцию живых клеток на различные лекарства».
«Из-за сложности и масштаба наноэлектронных устройств, таких как транзисторы и переключатели, — представляющих собой пять десятилетий огромных достижений в области информационных технологий. Cell Rover с его мини-антенной может выполнять различные функции, от внутриклеточных вычислений и обработки информации до автономного исследования и модуляции ячейки. Исследование показало, что несколько сотовых роверов могут быть задействованы даже внутри одной ячейки для связи между собой и за пределами ячеек».
Ананта П. Чандракасан, декан Инженерной школы Массачусетского технологического института и профессор электротехники и компьютерных наук Ванневара Буша, — сказал, «Cell Rover — это инновационная концепция, поскольку она может встраивать сенсорные, коммуникационные и информационные технологии в живую клетку. Это открывает беспрецедентные возможности для точной диагностики, терапии и открытия лекарств, а также новое направление на стыке биологии и электронных устройств».
Справочник журнала:
- Джой Б., Кай Ю., Боно Д.К. и др. Cell Rover — миниатюрная магнитострикционная антенна для беспроводной работы внутри живых клеток. Nat Commun 13, 5210 (2022). ДОИ: 10.1038/s41467-022-32862-4
