Еволюція напівпровідникових технологій. Інженери змогли навчити кремнієві чіпи здійснювати синтез ДНК у водному середовищі.

Кремнієві чіпи, що протягом багатьох років були основою комп'ютерних технологій, тепер набувають абсолютно нової функції у сфері біотехнологій.

У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Electronics, команда вчених з Гарвардського університету під керівництвом професора Донхі Хема представила новий напівпровідниковий чип, що здатний одночасно синтезувати 64 різні ДНК-послідовності. Основною інновацією цього пристрою є відмовлення від звичних агресивних органічних розчинників на користь безпечного водного ферментативного підходу.

Сучасна медицина та генна інженерія в значній мірі залежать від штучно створеної ДНК. Однак, процес її промислового виготовлення переважно потребує централізованих підприємств та небезпечних хімічних речовин. Альтернативний метод — ферментативний синтез у воді — є значно більш екологічним та наближеним до природних процесів, проте раніше дозволяв генерувати лише обмежену кількість ланцюгів одночасно. Нещодавній розробка вчених Гарварду встановила новий технологічний стандарт, дозволивши паралельно синтезувати 64 різні послідовності, кожна з яких містить до 39 нуклеотидів, за допомогою точного контролю електричного струму.

Поверхня спеціально розробленого мікрочипа складається з 64 синтетичних зон, в яких молекули ДНК оточені парами круглих електродів. Активація внутрішнього електрода призводить до локального зниження pH, що ініціює процес росту нитки ДНК. Водночас зовнішній електрод нейтралізує надлишок протонів, запобігаючи їхньому розповсюдженню на сусідні ділянки. Важливо зазначити, що початково цей мікрочип був створений для реєстрації електричної активності великих нейронних груп, але згодом автори адаптували технологію для точного розподілу струму для хімічних потреб у біосинтезі.

Для демонстрації ширших можливостей системи дослідники закодували в отриманих молекулах ДНК текстове повідомлення розміром 169 байтів. Хоча масштабне зберігання цифрових даних у біоматеріалах є довгостроковою метою через потребу у величезних обсягах ДНК, саме екологічний ферментативний метод здатний зробити цей процес безпечним для довкілля в майбутньому. Подальші кроки науковців будуть спрямовані на вдосконалення хімічних реакцій, оскільки сам кремнієвий чип уже зараз демонструє вищу точність локалізації процесів, ніж дозволяють сучасні біохімічні реагенти.