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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Наушники Neurable One с мониторингом концентрации и усталости мозга 10.10.2026

Современные наушники постепенно превращаются из обычного аудиоустройства в персональный электронный помощник. Они уже умеют подавлять окружающий шум, анализировать качество звука и отслеживать некоторые параметры физического состояния человека. Американская компания Neurable пошла еще дальше и предложила использовать наушники для оценки активности мозга, чтобы определить, насколько человек сосредоточен, испытывает умственное напряжение или начинает уставать. Новая модель получила название Neurable One и оснащена 12 датчиками, способными регистрировать электрическую активность мозга. В основе технологии лежит электроэнцефалография, или EEG, применяемая для фиксации электрических сигналов, возникающих при работе нервной системы. Датчики размещены во внутренних накладках наушников и начинают получать информацию сразу после того, как пользователь надевает устройство. Затем специальное приложение анализирует полученные данные и оценивает текущее состояние человека. Разработчики предус ...>>

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Случайная новость из Архива MAX44291 - новый малошумящий ОУ с низким температурным дрейфом 10.02.2015 MAX44291 - новый прецизионный операционный усилитель с низким уровнем шума (4,9 нВ/vГц), низким значением напряжения смещения (125 мкВ), а также низким дрейфом напряжения смещения (0,5 мкВ/°C) от Maxim Integrated. Его метрологические характеристики позволяют использовать его в промышленной измерительной технике, различных медицинских измерительных системах и в устройствах информационно-измерительных систем. MAX44291 имеет широкий диапазон питающих напряжений и может работать как с униполярным диапазоном 4,5...36 В, так и с биполярным +-2,25...+-18 В. Усилитель имеет повышенную стойкость к электростатическим воздействиям (+-8 кВ HBM) и защиту от возникновения эффекта защелки. Функция перевода в режим низкого энергопотребления позволяет значительно уменьшить ток потребления усилителя до 1 мкА. Полоса пропускания MAX44291 составляет 10 МГц. Функция низкого энергопотребления, отменные метрологические характеристики, миниатюрный корпус (uMAX), выходной сигнал "Rail-to-Rail" позволяют использовать этот операционный усилитель как в применениях с низким энергопотреблением, например в переносной измерительной технике, так и в промышленных измерительных системах с высокими требованиями к соотношению сигнал/шум и метрологическим характеристикам.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026