Silicium computerchips met succes geïmplanteerd in levende menselijke cellen

Anonim

Silicium computerchips met succes geïmplanteerd in levende menselijke cellen

Wetenschap

Tannith Cattermole

22 maart 2010

Bind uw deuren niet in angst voor cyborgs en hybride mens-robots tot nu toe. (Originele afbeelding - Flickr / gundampilotspaz / CC BY-SA 2.0

Wetenschappers zijn begonnen met het integreren van elektronica in de biologie, maar ontketen je deuren niet uit angst voor cyborgs en hybride mens-robots tot nu toe! Onderzoekers van het Instituto de Microelectrónica de Barcelona, ​​IMB-CNM (CSIC), hebben een manier gevonden om minuscule siliciumchips in levende cellen te implanteren en ze als intracellulaire sensoren te gebruiken. Deze bio-nanotechnologische vooruitgang zou ons veel kunnen vertellen over hoe onze cellen op nano-niveau werken, en hebben wijdverspreide implicaties voor vroege detectie van ziekten en nieuwe cellulaire reparatiemechanismen.

CMOS of Complementary Metal-Oxide-Semiconductor is een technologie voor het bouwen van geïntegreerde schakelingen, ook bekend als IC, microschakeling, microchip, siliciumchip of chips. Dit zijn geminiaturiseerde elektronische circuits die zijn vervaardigd in het oppervlak van een dun substraat van halfgeleidermateriaal en die tegenwoordig in bijna alle elektronische apparatuur worden gebruikt. Een typische menselijke cel is de grootte van ongeveer 10 vierkante micrometer en met transistoren ter grootte van nanometers kunnen honderden van de kleinste transistoren van vandaag in een enkele cel passen. Het was daarom slechts een kwestie van tijd voordat wetenschappers begonnen met het verbinden van nano-elektronische componenten met levende cellen.

Het team in de Micro and Nanosystems Department bij IMB-CNM (CSIC) begon met het fabriceren van verschillende batches polysiliciumchips, een typisch halfgeleidermateriaal en het kiezen van de meest geschikte types met laterale afmetingen van 1, 5-3 μm en met een dikte van 0, 5 μm eerder ze implanteren in levende cellen afkomstig van Dictyostelium discoideum en menselijke HeLa-cellen. Voorlopige experimenten waarbij de HeLa-cellen werden geïncubeerd met polysiliciumchips gaven lage opbrengsten van geïnternaliseerde intracellulaire chips (ICC), zodat ze lipofectie (inkapseling van materialen in een lipideblaasje genaamd een liposoom) gebruikten om hogere snelheden van ICC-bevattende cellen te verkrijgen. Na het inbrengen controleerden de onderzoekers de cellen om er zeker van te zijn dat ze levend en gezond bleven. Ze vonden dat meer dan 90% van de HeLa-celpopulatie zeven dagen na lipofectie levensvatbaar bleef.

Hebben aangetoond dat siliciumchips kleiner dan cellen kunnen worden geproduceerd, verzameld en geïnternaliseerd binnen levende cellen door verschillende technieken (lipofectie, fagocytose of micro-injectie), zij gingen verder om de veelzijdigheid van de techniek aan te tonen door de integratie van verschillende materialen in een enkele chip en hun 3D-mogelijkheden voor nanostructurering en het gebruik van andere gangbare micro-elektronica-technieken zoals FIB-frezen.

Maar het belangrijkste was dat ze wilden bewijzen dat de siliciumchips konden worden gebruikt als intracellulaire sensoren. "De micro- en nanoelektronische processen van vandaag zouden ons al in staat stellen om complexe 3-dimensionale microscopische structuren te produceren als sensoren en actuatoren, " zei Plaza. "Complexe structuren, kleiner dan cellen, kunnen massaproductie met nanometer-precisie in vorm en afmetingen en tegen lage kosten al. Bovendien, veel verschillende materialen (halfgeleiders, metalen en isolatoren) kunnen worden patroon op de silicium chip met nauwkeurige afmetingen en geometrieën. "

De belangrijkste toepassingen van toekomstige intracellulaire chips zijn de studie van individuele cellen. De technologie kan een belangrijke bijdrage leveren aan de vroege opsporing van ziekten en nieuwe cellulaire herstelmechanismen.

Het team publiceerde zijn bevindingen "Intracellular Silicon Chips in levende cellen " in een recente uitgave van Small.

Via Nanowerk.

Bind uw deuren niet in angst voor cyborgs en hybride mens-robots tot nu toe. (Originele afbeelding - Flickr / gundampilotspaz / CC BY-SA 2.0