Кремниевый чип, записывающий ДНК

13.07.2026

Биотехнология и медицина все чаще нуждаются в синтетической ДНК - для создания лекарств, диагностических тестов, генной терапии и даже для хранения цифровой информации. Однако традиционные методы производства синтетической ДНК имеют серьезный недостаток: они требуют использования токсичных органических растворителей и сложного промышленного оборудования. Группа исследователей из Гарвардского университета предложила принципиально иной подход, превратив обычный кремниевый полупроводниковый чип в компактную платформу для параллельного ферментативного синтеза ДНК в водной среде.

В отличие от классического фосфорамидитного метода, который доминирует в промышленности, новый подход ближе к естественному процессу сборки ДНК в живых клетках. Реакции происходят в воде, без вредных растворителей, что делает технологию значительно более экологичной и потенциально подходящей для создания настольных или даже портативных ДНК-синтезаторов. До недавнего времени главным ограничением таких компактных систем оставалась низкая производительность - они могли одновременно собирать лишь около дюжины последовательностей ДНК.

Гарвардский чип преодолел этот барьер, доведя количество одновременно синтезируемых последовательностей до 64. Каждая из них может достигать длины в 39 нуклеотидов. Ключевой инновацией стало использование электрических токов для точного управления локальной кислотностью (pH) раствора на поверхности чипа. Это позволяет независимо запускать и контролировать процесс сборки ДНК на разных участках чипа одновременно.

При синтезе ДНК каждый новый нуклеотид временно защищен специальной химической группой, которая предотвращает неконтролируемый рост цепи. Чтобы добавить следующий нуклеотид, эту защитную группу необходимо удалить - провести так называемую деблокировку. Для этого требуется локально повысить кислотность среды. На чипе вокруг каждой из 64 площадок синтеза расположены два концентрических кольцевых электрода. Внутренний электрод при подаче тока генерирует протоны, повышая кислотность в нужной зоне, а внешний электрод поглощает избыточные протоны, не позволяя им распространяться на соседние участки.

Интересно, что базовая электроника чипа изначально разрабатывалась для совсем другой задачи - регистрации электрической активности нейронов внутри клеток, где требовалось точное управление током. После переработки поверхности эта же способность к точному дозированию электричества оказалась идеальной для пространственного контроля химических реакций при синтезе ДНК. В качестве демонстрации исследователи закодировали в 64 синтезированных последовательностях текстовое сообщение объемом 169 байт, наглядно показав потенциал технологии для долговременного хранения данных в ДНК.

Несмотря на значительный прогресс, перед широким внедрением технологии остается ряд вызовов. Главным ограничением сейчас является не кремниевая технология производства чипов, а базовая химия ферментативного синтеза ДНК. Ученым предстоит еще оптимизировать скорость и точность реакций, а также увеличить длину синтезируемых последовательностей и количество параллельных каналов.

В заключение можно сказать, что работа гарвардской группы представляет собой важный шаг на пути к созданию экологичных, компактных и масштабируемых систем синтеза ДНК. Возможность проводить реакции в воде, управлять ими с помощью электричества на кремниевом чипе и одновременно собирать десятки различных последовательностей открывает новые перспективы не только для медицины и биотехнологий, но и для будущего хранения данных. Если исследователям удастся преодолеть оставшиеся химические барьеры, эта технология может стать основой для доступных настольных ДНК-принтеров и новых подходов к долгосрочному архивированию информации.

<< Назад: Редактирование генома меняет питательные свойства овощей 13.07.2026

>> Вперед: Искусственный дождь для охлаждения мегаполисов 12.07.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Антоцианы черники: природная защита для зрения в темноте 14.07.2026

Специалисты все активнее изучают влияние растительных веществ на здоровье глаз. Особое внимание привлекают антоцианы - природные пигменты, которые придают яркую окраску многим ягодам и овощам. Новые данные показывают, что эти соединения способны не только защищать клетки глаз от окислительного стресса, но и ускорять восстановление родопсина - ключевого пигмента, отвечающего за способность видеть в условиях низкой освещенности. Антоцианы содержатся в большом количестве в чернике, голубике, ежевике, черной смородине, а также в краснокочанной капусте и некоторых других красных, синих и фиолетовых продуктах. Эти вещества обладают мощными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Они помогают нейтрализовать активные формы кислорода, которые повреждают клетки сетчатки и способствуют развитию хронического воспаления. По данным исследователей, антоцианы оказывают комплексное положительное влияние на зрительную систему. Они улучшают микроциркуляцию крови в сетчатке, поддержива ...>>

Двухэкранный Zenbook DUO UX8407 14.07.2026

Компания ASUS представила обновленную модель Zenbook DUO (UX8407) образца 2026 года, которая получила сертификат Copilot+ PC и позиционируется как ультимативный инструмент для бизнес-пользователей и профессиональных создателей контента. Новинка полностью отказывается от традиционной конструкции в пользу двух полноценных сенсорных дисплеев в прочном корпусе из инновационного материала Ceraluminum. Главной особенностью устройства стали два 14-дюймовых сенсорных экрана ASUS Lumina Pro OLED с разрешением 3K (2880 &#215; 1800 пикселей) и форматом 16:10. Частота обновления повышена до 144 Гц, а максимальная яркость в режиме HDR достигает 1000 кд/м2 при наличии сертификата VESA DisplayHDR True Black 1000. Новое антибликовое покрытие снижает уровень отражений на 65 %, что особенно полезно при работе в условиях яркого освещения. Благодаря откидной подставке и съемной Bluetooth-клавиатуре с магнитным креплением Pogo Pin пользователь может мгновенно удвоить рабочую поверхность почти до 20 ...>>

Редактирование генома меняет питательные свойства овощей 13.07.2026

Японские ученые из Университета Цукубы продемонстрировали, как можно превратить привычный красный салат в зеленый, одновременно повысив содержание ценных растительных соединений. С помощью технологии CRISPR/Cas9 ученые заблокировали работу гена, отвечающего за производство красных пигментов - антоцианов. В результате в листьях салата значительно снизился уровень этих веществ, а вместо них начал накапливаться другой класс флавоноидов. Особенно заметно выросло содержание кверцетина - соединения, известного своими антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Несмотря на существенные изменения в пигментации и биохимическом составе, модифицированный салат продолжал нормально расти. Исследователи отметили, что растение не показало заметного снижения скорости роста или ухудшения внешнего вида. Это важный результат, поскольку многие генетические модификации, направленные на изменение состава веществ, часто приводят к замедлению развития растений. Красный салат изначально слав ...>>

Кремниевый чип, записывающий ДНК 13.07.2026

Биотехнология и медицина все чаще нуждаются в синтетической ДНК - для создания лекарств, диагностических тестов, генной терапии и даже для хранения цифровой информации. Однако традиционные методы производства синтетической ДНК имеют серьезный недостаток: они требуют использования токсичных органических растворителей и сложного промышленного оборудования. Группа исследователей из Гарвардского университета предложила принципиально иной подход, превратив обычный кремниевый полупроводниковый чип в компактную платформу для параллельного ферментативного синтеза ДНК в водной среде. В отличие от классического фосфорамидитного метода, который доминирует в промышленности, новый подход ближе к естественному процессу сборки ДНК в живых клетках. Реакции происходят в воде, без вредных растворителей, что делает технологию значительно более экологичной и потенциально подходящей для создания настольных или даже портативных ДНК-синтезаторов. До недавнего времени главным ограничением таких компактных ...>>

Искусственный дождь для охлаждения мегаполисов 12.07.2026

В условиях усиливающейся жары в городах инженеры ищут новые способы охлаждения общественных пространств без значительных затрат энергии. В китайском городе Юньчэн провинции Шаньси в жилом комплексе Xijian Tianmao Guobinfu реализовали необычный проект: на крышах нескольких высотных зданий установили систему распыления мелкодисперсного тумана, имитирующую эффект дождя. Эта технология автоматически включается при повышении температуры воздуха и помогает снижать жару в окружающем пространстве. Система активируется, когда температура достигает 38 °C. По словам управляющего комплексом Цзя Вэня, распыление тончайших капель воды позволяет снизить температуру воздуха и поверхностей на 5-8 °C всего за несколько минут. Благодаря большой высоте зданий влага успевает полностью испариться еще в воздухе, поэтому пешеходы и жители внизу не ощущают намокания или дискомфорта. Главным преимуществом технологии является ее относительная простота и энергоэффективность. Система состоит из сети шлангов ...>>

Случайная новость из Архива Американские военные учатся спасать раненых солдат 18.01.2012 Армия США приняла на вооружение сложный и очень реалистичный медицинский комплекс-симулятор SimMan. Он состоит из высокотехнологичного манекена и программного обеспечения, симулирующего различные травмы и заболевания. Потеря крови сегодня является основной причиной смерти на поле боя. Поэтому военным требуются реалистичные тренажеры, помогающие отработать быстрые и решительные действия по спасению раненого человека. SimMan - это мобильная система, которая может моделировать различные ситуации: от автокатастрофы с черепно-мозговой травмой и внутренним кровотечением до взрывной травмы с ампутацией конечностей. Манекен реалистично имитирует дыхание, голос, биение сердца, движение легких, пульс и другие параметры, которыми можно управлять с помощью программного обеспечения. Система SimMan позволяет в режиме реального времени моделировать различные осложнения и контролировать последствия того или иного медицинского вмешательства, что дает медикам возможность приобрести ценный опыт, который обычно врачам приходится приобретать в критических ситуациях с реальными пациентами, чья жизнь под угрозой. Для применения манекена в полевых условиях разработана специальная версия SimMan 3G на базе портативного компьютера. С ее помощью можно разыгрывать различные сценарии экстренной помощи и эвакуации в обстановке максимально приближенной к реальности, например у дороги, внутри бронемашины, горной местности и т.д. Реалистичный манекен, пугающий зияющими рваными "ранами", производит на солдат соответствующее впечатление и готовит их к возможному шоку при виде раненого в бою товарища. SimMan применяется не только военными, но и гражданскими медиками: для обучения и повышения квалификации. Обновляемое настраиваемое программное обеспечение позволяет моделировать сложные случаи, которые требуют нестандартных действий. Также существуют варианты манекенов для тренировки хирургов и детских врачей.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026