Исследователям из Колумбийского университета удалось решить одну из основных неприятностей медицинской электроники. Они обучились применять ионные каналы клеточных мембран и энергию АТФ для питания микросхем в корпусе BGA. Грань между биологическим и неестественным делается всё более размытой, а трансгуманизм – всё ближе.

Смотрите кроме этого: Samsung Electronics собирается заключить партнёрство с китайскими производителями микросхем

Samsung Electronics разглядывает возможность партнёрства с китайскими производителями полупроводников для повышения собственных доли и продаж рынка в бизнесе логических микросхем. Компания собирается устранить собственную зависимость от стандартных чипов памяти, появившуюся благодаря большому повышению китайскими производителями их вместимости. В Samsung считают, что создание стратегического партнёрства с китайскими компаниями по вопросам логических чипов может стать громадным шагом вперёд.Китайский рынок полупроводников оценивается в сумму от $150 до $170 миллиардов в год.

Развитие имплантируемой электроники сдерживается многими факторами, одним из которых остаётся неприятность питания. До сих пор неестественные органы применяют массивные внешние аккумуляторная батареи, а недостаток встроенной батареи у водителя ритма довольно часто ведет к неожиданной смерти больных с полной АВ-блокадой. Несложный имплантируемый датчик – и тот требует собственного источника питания, пускай и маломощного.

Проблема заключается в том, что биологи в большинстве случаев не хорошо разбираются в электротехнике, а инженеры совсем не смыслят в биологии. Исходя из этого для каждого из них задача думается неразрешимой. Узкие эксперты акцентируют внимание на лишь им известных подробностях вместо того, дабы постараться представить неспециализированную картину и дополнить её совместно.

Долгожданный прорыв был осуществлён как раз сообща – на кафедре электротехники Колумбийского университета при помощи сотрудников из университета и Брауновского университета Пьюджет Саунд. Ниже приводится схема питания CMOS BGA чипа от клеточной мембраны (кликабельное изображение: Jared M. Roseman et all. / Nature Communications).

Примечание от техников.

В опыте исследователи создали двуслойную липидную мембрану. По строению она подобна мембране живой клетки, лишь без «лишних» элементов. На каждом квадратном миллиметре её поверхности естественным образом формируются 2 ? 106 натрий-калиевых ионных каналов, трудящихся за счёт энергии гидролиза АТФ.

Они в состоянии выдержать ток силой 32,6?пA?/ мм2 и создают отличие потенциалов 78?мВ. Такая мембрана способна отдавать энергию подключённой нагрузке, снабжая мощность до 1,27?пВт?с каждого квадратного миллиметра собственной площади. Узкая плёнка серебра/хлорида серебра играет роль ион-электронного преобразователя.

Примечание от биохимиков.

На протяжении гидролиза АТФ высвобождается энергия, запасённая в виде химических связей. Сперва разрывается концевая фосфоангидридная сообщение, что ведет к образованию АДФ, ортофосфата и выделению энергии. В стандартных условиях её образуется 30,54 кДж на один моль (60,22 Дж/г). В живой клетке из-за более большой температуры настоящее значение выясняется выше – около 50 кДж/моль (99 Дж/г).

После этого в молекуле АДФ может разрушиться вторая сообщение и выделиться дополнительная энергия.

Серия опытов продемонстрировала, что две мембраны в конструкции «бутерброда» уже снабжают достаточное напряжение, дабы руководить интегральной схемой. Эффективность преобразования химической энергии в электрическую по тестам авторов разработки составила 14,9 %. Попытки отыскать экологически чистые источники энергии длятся. Создаются пьезо-, термо-, фото-, механо- и какие конкретно угодно ещё X-электрические преобразователи энергии.

Но в медицинском нюансе все они меркнут на фоне заманчивой возможности – конкретно утилизировать энергию химических процессов так, как это делают живые клетки.

Само собой разумеется, от одной-двух клеточных мембран взять всю нужную для имплантируемой электроники энергию нереально в принципе. Но каждая батарея – это объединение маломощных генерирующих элементов, которых тут возможно несколько миллион. Для сравнения: организм человека состоит приблизительно из 1014 клеток, а каждую 60 секунд их погибает более чем 108.

Нервные клетки млекопитающих содержат в двадцать раза больше натрий-калиевых ионных каналов, чем сформировалось в обрисованной неестественной мембране. Мысль братьев Вачовски о людях-батарейках на диагностику была не таковой уж фантастической.

Создатель: Андрей Васильков

New bionics let us run, climb and dance | Hugh Herr