کاهش شکاف بین سیستم‌ های الکترونیکی و بیولوژیکی

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات  سایبربان، به نقل از «IEEE Spectrum»؛ دستگاه های میکروالکترونیکی مانند ضربان ساز و تلفن همراه، حوزه سلامت و ارتباطات انسان ها را شکل داده اند؛ اما دانشمندان به صورت پیوسته در تلاش هستند شکاف میان سیستم‌های الکترونیکی و بیولوژیکی را از بین ببرند.

برای مثال مصرف کنندگان امروزی، نمی توانند با استفاده از تلفن هوشمند خود اطلاعاتی در رابطه با بیماری یا عفونت های موجود در بدنشان به دست آورند یا با ابزاری که در بدن آنها وظیفه ی رساندن دارو به عضو آسیب دیده را دارد، ارتباط برقرار کنند.

یکی از دلایل اصلی شکاف ایجاد شده بین بدن و فناوری های روزمره ای که انسان ها از آنها بهره مند می شوند، دستگاه های میکروالکترونیکی هستند که داده ها را با استفاده از موادی مانند سیلیکون، طلا، یا ماده ای شیمیایی پردازش کرده و منبع انرژی آن ها را الکترون ها فراهم می کنند؛ اما الکترون های آزاد در بخش بیولوژیکی وجود ندارند.

مهندسان دانشگاه‌های مریلند و نبراسکا-لینکلن و آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی زمینی آمریکا در تلاش هستند، به منظور توسعه زیست شناسایی مصنوعی، شکاف میان سیستم‌های الکترونیکی و بیولوژیکی را از بین ببرند.

در سامانه های بیولوژیکی، کلاس کوچکی از مولکول ها وجود دارند که قادر هستند الکترون ها را به حرکت وادار کنند. این مولکول ها ریداکس (Redox) نام داشته و قادر هستند الکترون ها را به هر مکان دلخواهی انتقال دهند؛ اما برای انجام این کار ابتدا باید تحت تاثیر زنجیره ای از واکنش های شیمیایی قرار گیرند.

پژوهشگران از طریق مهندسی سلول ها همراه با اجزا زیست شناسی مصنوعی (synthetic biology)، یک ابزار اثبات مفهوم (proof-of-concept) به وجود آوردند که امکان انتقال اطلاعات بین سامانه های الکترونیکی و مولکولی را فراهم می کند.

ولیام بنتلی (William E. Bentley)، استاد مهندسی زیستی و یکی از فعالان تحقیقات مذکور گفت:

دستگاه هایی که اطلاعات را به صورت آزادانه بین جهان های الکترونیک و بیولوژیکی جابه جا می کنند، یک الگوی اجتماعی کاملا جدید را به نمایش می گذارند. تنها 60 سال از زمانی که ضربان سازها و الکتروشوک به وجود آمده و ثابت کرده اند ابزارها از طریق جریان های یونی، چه چیزی به دست می آورند، می گذرد.

بنتلی ادامه داد:

تصور کنید ما از طریق انتقال همه ی دانش موجود در فضای مولکولی خود چه کارهایی می توانیم انجام بدهیم. به گونه ای که این اقدام به جای یون ها، با ضربه زدن و کنترل کردن مولکول هایی مانند گلوکز، هورمن ها، DNA، پروتتئین یا پلی ساکارید انجام گیرد.

محققان هم اکنون در تلاش هستند نوعی ابزار ذخیره سازی بیولوژیکی ایجاد کنند که بتوان به واسطه ی هر دو ابزار الکترونیکی و بیولوژیکی، داده ها را روی آن نوشت یا بازخوانی کرد. این ابزار تقریبا مشابه با یک کارت SD عمل می کند و با بهره مندی از سیگنال های مولکولی داده های کلیدی را روی حافظه می نویسد. به علاوه میزان مصرف انرژی این دستاورد تقریبا نزدیک به صفر است. زمانی این نوآوری در داخل بدن قرار می گیرد، علاوه بر ذخیره سازی داده ها می توان برای کنترل رفتارهای بیولوژیکی از آن استفاده کرد.

پژوهشگران روی ادغام زیرسیستم ها و ایجاد مدارهای بیوهیبریدی کار می کنند تا ابزاری الکترونیکی را برای تفسیر داده های مولکولی، پردازش مطلوب نتایج و فعال سازی الکترونیکی سلول ها به منظور انتقال و کنترل جمعیت بیلوژیک توسعه دهند.

محققان امیدوارند چنین سیستمی بتواند با شناسایی باکتری های بیماری زا در بدن به نابودی و خنثی سازی آن اقدام کنند.