西班牙巴塞羅那龐培法布拉大學的一支生物醫學研究小組設計了一種能夠通過在紙上打印細胞進行計算的細胞設備。這是他們第一次開發出可以在沒有專家的情況下,在實驗室外使用的活體設備,而且可以以低成本進行工業規模生產。
據新浪科技報道,該研究發表在《自然通訊》雜誌上,由Sira Mogas Díez, Eva Gonzalez Flo和Javier Macía共同編寫。
計算機並不是新鮮事物,人們生活中普及使用着平板電腦、筆記本電腦、智能手機,然而,儘管計算機系統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。
研究人員為了填補這一空白,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製造的,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據,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,但研究人員能夠製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倖存的,即使每天有數百萬細胞被替換,但試着在電腦上切斷一根數據線,會變成什麼樣?它將是一台「死去」的電腦。
然而,之前的生物計算機過於複雜,很難脫離實驗室環境進行操作,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現一種將活細胞「打印」在紙上的方法,實際上創造了一種可以在任何環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,易於大規模使用,複製成本低。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,其原理基於類似打印T恤衫的打印系統,我們用圖紙製作模具,使用不同細胞墨水浸泡,就像緩衝器一樣,細胞打印在紙張上,它們就逐漸沉澱下來。」
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,採用的是細菌細胞,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。
由於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的生物傳感器,例如:依據重金屬濃度來顯示點數量多少的汞測試方法。
另一個應用是婦產子癇前期診斷檢查,這實際是一個複雜的診斷過程,因為它不依賴於一個生物標記,而是多個生物標記的組合。雖然當前仍有很多工作要做,但開發生物計算機來分析這些不同生物標記,並確定孕婦患有該疾病的風險並非不合理。
研究人員仍有很多工作要做,但這些初步結果表明,該方法可能有助於研製基於活細胞設備的新一代生活產品。(圖片來源pixabay)
