Молекулярный электронный чип

03.02.2022

Компания Roswell Biotechnologies сообщила о завершении разработки и успешных испытаниях биосенсорного чипа нового поколения. Датчик способен определять одиночные молекулы, активность ферментов и даже в реальном времени следить за процессом синтеза ДНК. Такая возможность не только упрощает расшифровку биоматериала, но также открывает путь к устройствам записи данных на ДНК-носителях.

Ученые давно разрабатывают биосенсорные чипы, но пандемия COVID-19 значительно подтолкнула процессы поиска решений. Компания Roswell Biotechnologies вместе с коллегами из бельгийского центра Imec за неполных два года прошли путь от проекта к готовому решению. Опытный датчик на кремниевой подложке разрешением 16 тыс. пикселей способен работать со скоростью 1000 кадров в секунду, что дает возможность моментальной диагностики вирусов, лекарств, секвенирования ДНК, анализа белков и многое другое, на что раньше приходилось тратить массу времени и средств.

Согласно заявлению разработчиков, они создали первый в истории молекулярный датчик, который открывает путь к запуску закона Мура в сфере биодетектирования. Массив может масштабироваться до новых значений плотности и точности детектирования, повышая скорость и качество исследований биоматериала. Элементарным прибором детектирования является специальная молекула в каждом пикселе датчика, которая захватывает образец биоматериала и дает возможность точно определить его состав.

Предложенная Roswell платформа состоит из программируемого полупроводникового чипа с масштабируемой архитектурой массива датчиков. В состав чипа входят также многоканальные АЦП для перевода информации в цифровую форму для ее дальнейшего анализа средствами машинного обучения. Элементарный пиксель датчика представляет собой два наноэлектрода с зазором в 20 нм. Для оценки биоматериала между зазорами подвешивается молекулярная ниточка из активного биологического материала, например, синтетического альфа-спирального белка. Такой белок и захватывает образец биоматериала для дальнейшего тестирования.

Через электроды и молекулярную ниточку пропускают электрический ток. Сила тока будет зависеть от сопротивления цепи и точно указывать на целевой биоматериал, захваченный датчиком. Точность определения материала настолько высокая, что технология может применяться в качестве считывающего устройства для записи данных на ДНК. Пиксели датчика могут нести встроенные ферменты ДНК-полимеразы, что дает возможность прямого электрического наблюдения за действием этого фермента, когда он элемент за элементом копирует фрагмент ДНК. Современная диагностика такого не позволяет, работая с ДНК лишь посредством косвенных измерений. Это способно перевернуть медицину и биологические исследования во множестве смежных сфер: в палеонтологии, криминалистике, сельском хозяйстве и много где еще.

<< Назад: Микрофоны для караоке TeslaMic 03.02.2022

>> Вперед: Искусственная мышца на основе природных белков 02.02.2022

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Наушники Bowers & Wilkins Px8 S2 11.11.2025

Наушники премиум-класса становятся не только аксессуаром для прослушивания музыки, но и инструментом для профессиональной работы с аудио. Новый флагман британского бренда Bowers & Wilkins - модель Px8 S2 - демонстрирует, как эти аспекты можно объединить в одной беспроводной системе. Компания представила Px8 S2 как обновленную флагманскую модель в линейке, ориентированную на пользователей, которые ценят высокое качество звука, эффективное шумоподавление и премиальный дизайн. Производитель отмечает, что наушники сочетают передовые акустические решения с эргономикой для длительного использования. Каждое устройство оснащено 40-миллиметровыми динамиками с карбоновыми диффузорами и 24-битным цифровым процессором. По словам Bowers & Wilkins, это обеспечивает точное и детализированное воспроизведение звукового спектра, а также поддержку аудио высокого разрешения. Автоматическая оптимизация соединения с источником сигнала гарантирует стабильное и качественное звучание вне зависимо ...>>

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Случайная новость из Архива Зеленые комплектующие Microsoft 04.01.2025 С ростом популярности искусственного интеллекта и развитием вычислительных технологий все больше внимания уделяется экологическому воздействию сопутствующей инфраструктуры, включая серверные компоненты. Эти устройства не только потребляют значительное количество энергии в процессе работы, но и наносят вред окружающей среде при утилизации. Microsoft предпринимает шаги, чтобы минимизировать этот ущерб, разрабатывая новые подходы к использованию старых серверных комплектующих. Компания Microsoft, совместно с учеными из Университетов Вашингтона и Карнеги-Меллона, разработала инициативу под названием GreenSKUs - "зеленые комплектующие". Она направлена на повторное использование серверных компонентов, вышедших из эксплуатации, что позволяет снизить экологическую нагрузку от утилизации электронных устройств. На практике это означает, что компоненты, такие как оперативная память и твердотельные накопители, могут быть использованы даже по истечении их срока службы, который обычно составляет от трех до пяти лет. В реальности же эти компоненты могут служить гораздо дольше, а их замена чаще всего происходит из-за роста производительности, а не из-за износа. Технологические достижения, такие как интерфейс CXL, позволяют объединять компоненты разных поколений, минимизируя потери в производительности. С помощью этих технологий Microsoft разработала систему для отбора использованных серверных компонентов, которые можно продолжить использовать, исходя из их быстродействия и уровня энергопотребления. Например, в системе GreenSKUs используются процессоры AMD EPYC семейства Bergamo, которые обеспечивают эффективную работу при низком потреблении энергии. Эти процессоры соседствуют с модулями памяти и SSD, которые ранее использовались в других системах. Совсем недавно было подсчитано, что инфраструктура облачных вычислений потребляет до 3% мировой энергии, и, по прогнозам, к 2030 году она будет отвечать за 20% всех углеродных выбросов. Microsoft уверена, что использование подхода GreenSKUs позволит снизить углеродные выбросы на 8%. Если же эту практику распространить по всему миру, это приведет к снижению выбросов на несколько десятых долей процента - что эквивалентно экологическому воздействию всех смартфонов, эксплуатируемых в США. Однако использование старых компонентов не обходится без компромиссов. При применении "вторичных" серверов приходится балансировать между быстродействием и энергоэффективностью. Для компенсации увеличенных задержек в модулях памяти приходится применять дополнительные технологии, такие как объединение SSD в RAID-массивы для увеличения производительности. Кроме того, процессоры AMD Bergamo имеют ограниченную скорость кеширования, что также требует дополнительных оптимизаций. Несмотря на эти сложности, Microsoft активно внедряет подход GreenSKUs в свою облачную инфраструктуру Azure, стремясь сделать свои вычислительные системы более устойчивыми и экологически чистыми. Эта инициатива представляет собой важный шаг на пути к созданию более эффективных и менее вредных для планеты технологий, что особенно важно в условиях глобальных вызовов изменения климата.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025