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最新研制生物計算機:可在紙張上打印活細胞
發(fā)布時間:2021.03.25        閱讀次數(shù):

(圖自:UPF / Nature Communications

計算機并不是新鮮事物,人們生活中普及使用著平板電腦、筆記本電腦、智能手機,然而,盡管計算機系統(tǒng)在人們日常生活中已普及,但它們作為生物標記處理以及識別某些疾病的用途卻非常有限。

為了填補這一空白,研究人員開始涉足“生物計算機”,與主板和內存不同的是,生物計算機是用活細胞制造的,生物計算機不使用電力,而是使用來自蛋白質或者DNA等分子的化學輸入來處理數(shù)據(jù),雖然要讓生物計算機達到智能手機的便捷高效性,仍有很長的路需要探索前行,但研究人員能夠制造出此類設備是非常令人震驚的。

令人感到驚奇的是,一旦第一個細胞被編程,培育數(shù)十億個相同的細胞就很容易,成本也很低,實際上該生物計算機可能比標準電子設備更加精準可靠,想想我們的身體是如何幸存的,即使每天有數(shù)百萬細胞被替換,但試著在電腦上切斷一根數(shù)據(jù)線,會變成什么樣?它將是一臺“死去”的電腦。

然而,之前的生物計算機過于復雜,很難脫離實驗室環(huán)境進行操作,僅能在嚴格的條件下工作。目前,龐培·法布拉大學一支研究團隊發(fā)現(xiàn)一種將活細胞“打印”在紙上的方法,實際上創(chuàng)造了一種可以在任何環(huán)境都使用的生物計算機,令人難以置信的是,這些保存在紙上的細胞仍然活得很好,能夠繼續(xù)正常的新陳代謝,釋放生物信號,傳遞到鄰近的細胞。

該生物計算機之所以選擇紙張的解釋是:紙張便宜,易于大規(guī)模使用,復制成本低。研究報告第一作者西拉·莫加斯·迪茲說:“我們想設計一個可擴展生物計算機模型,其原理基于類似打印T恤衫的打印系統(tǒng),我們用圖紙制作模具,使用不同細胞墨水浸泡,就像緩沖器一樣,細胞打印在紙張上,它們就逐漸沉淀下來?!?/p>

該生物計算機的工作原理很簡單:使用幾種元素,每種元素都由一組細胞構成,通常在這種情況下,采用的是細菌細胞,細菌能探測到不同信號。通過改變元素序列,細菌細胞被打印在紙張上,從而可能改變生物計算機的整體功能,因此細胞序列是軟件,細胞自身是硬件,而紙張則是承載這些細胞的物理基質。

由于研究人員希望生物計算機能夠投入實際應用,該研究團隊已設計出能夠測量各種不同參數(shù)的生物傳感器,例如:依據(jù)重金屬濃度來顯示點數(shù)量多少的汞測試方法。

第二個應用是婦產子癇前期診斷檢查,這實際是一個復雜的診斷過程,因為它不依賴于一個生物標記,而是多個生物標記的組合。雖然當前仍有很多工作要做,但開發(fā)生物計算機來分析這些不同生物標記,并確定孕婦患有該疾病的風險并非不合理。

研究人員仍有很多工作要做,但這些初步結果表明,該方法可能有助于研制基于活細胞設備的新一代生活產品。