Mikrocip berkuasa Bio untuk Bioperubatan Masa Depan

Buat pertama kalinya penyelidik telah membangunkan mikrocip yang dikuasakan dengan molekul yang kaya dengan tenaga menyamai bahan api sel hidup. Kemajuan ini suatu hari nanti boleh membawa kepada peranti terimplan dalam sel-sel dan membolehkan penuaian tenaga biologi untuk beroperasi.

Molekul adenosina trifosfat molekul (ATP) menyimpan tenaga kimia dan digunakan dalam sel-sel untuk menyalurkan tenaga dari tempat penghasilannya ke tempat yang akan  digunakan. Mikrocip baharu ini bergantung kepada enzim yang dikenali sebagai natrium-kalium ATPase. Molekul-molekul ini  menguraikan ATP untuk membebaskan tenaga, digunakan oleh enzim tersebut bagi pengepaman ion natrium dan kalium merentasi membran, menjana keupayaan elektrik semasa proses itu berlaku.

“Pam ion ialah komponen seperti elektronik dalam sistem hidup,” kata Ken Shepard, seorang jurutera elektrik dan ketua penyelidik di Universiti Columbia di New York. Shepard dan rakan sekerjanya memperincikan penemuan mereka dalam 7 jurnal Nature Communications edisi bulan Disember 2015.

Para penyelidik membenamkan natrium-kalium ATPase yang diambil daripada otak khinzir kepada membran lemak tiruan. Terdapat lebih daripada 2 juta molekul aktif untuk setiap milimeter persegi membran, kira-kira 5 peratus daripada kepadatan semula jadi gentian saraf mamalia.

Dengan kehadiran ATP, pam ion ini dijana dengan 78 millivolts. “Sel-Bio” yang terdiri daripada dua membran menyediakan voltan yang cukup untuk mengendalikan litar bersepadu CMOS. Pam ion ini mempunyai kecekapan untuk menukarkan tenaga kimia ke elektrik sebanyak 14.9 peratus.

“Pam ion ini menjana medan elektrik yang kita manfaatkan untuk membekalkan kuasa kepada sistem berkeadaan pepejal,” kata Shepard.

Memandangkan ATP hanya boleh didapati di dalam sel-sel dan bukan di dalam aliran darah, Shepard mengingatkan bahawa sistem baru ini tidak boleh digunakan untuk membekalkan kuasa kepada peranti perubatan terimplan secara konvensional seperti perentak jantung.

“Bagaimanapun, sistem tersebut mungkin boleh membekalkan kuasa kepada implan yang saiznya kecil sehingga boleh dimuatkan ke dalam sel,” kata Shepard. “Material berkeadaan pepejal telah digunakan dalam nanopartikel untuk pelbagai tujuan terapeutik dan pengimejan dalam badan, tetapi semua bahan-bahan yang digunakan bersifat pasif. Idea kami adalah untuk membuat sesuatu yang berkeupayaan untuk menghitung dan melakukan, boleh membuat keputusan dan kemudian menggerakkan dengan beberapa cara.”

Kajian kala depan juga boleh menggabungkan protein membran lain ke dalam elektronik, seperti protein-protein yang bertanggungjawab untuk rasa dan bau, Shepard berkata. “Mungkin terdapat banyak cara untuk menggandingkan sistem berkeadaan pepejal dengan jentera biologi sel,” katanya.

SUMBER – IEEE Spectrum
FOTO – Columbia University Engineering