Пахучие чипы
Архив В последних числах января студент Джон Сантини (John Santini), профессор Майкл Сайма (Michael Cima) и профессор Роберт Лангер (Robert Langer), работающие в лаборатории технологий микросистем при Массачусетском технологическом институте (МТИ), опубликовали доклад, в котором описан сконструированный и опробованный учеными микрочип нового типа.
Чип представляет собой кремниевую пластинку, в которой проделаны многочисленные тончайшие канальцы, закрытые крошечными золотыми крышечками. В канальцах можно хранить разные химические вещества и с помощью оригинальной методики управления крышечками точно контролировать время испускания и дозировку веществ. Важно, что устройство не имеет подвижных частей.
Микрочипы могут быть интегрированы с источниками питания, процессорами, схемами дистанционного управления, сенсорами и пр. Новая технология обладает большим потенциалом. Сферами ее прикладного применения, к примеру, могут быть: медицинская диагностика, обнаружение химических веществ, комбинаторная химия, аппаратура для инъекций лекарственных препаратов, косметика, развлечения.
Каков же механизм действия нового микрочипа? Как уже отмечено выше, сосудики закрыты крышечками, которые являются анодами, а общий катод выполнен в виде пластины. В устройстве-прототипе анод и катод толщиной около 0,3 мм сделаны из золота. Если к электродам приложить незначительное (около 1 вольта) напряжение, то начнется процесс растворения анода (катод не претерпевает изменений). Этот электрохимический процесс обусловлен ионами хлора, которые есть в любой биологической жидкости. В описанных условиях фольга анода растворялась примерно за 10 секунд. Сосудик откупоривался, и его содержимое могло свободно перетекать во внешнюю среду или смешиваться с нею.
Верхняя (слева) и нижняя стороны нового микрочипа, предназначенного для управляемого выделения химических веществ. Точки между тремя полосками (катодами) на верхней части чипа являются крышечками (анодами), которые закрывают сосуды с химическими веществами. Напряжение подается на эти электроды. На обратной стороне чипа видны отверстия большего размера, через которые заправляются химические вещества. После заправки эти отверстия запечатываются пластиком, устойчивым к воздействию реактивов.
Экспериментальный образец размером примерно с десятицентовую монету (см. фото) имеет 34 канальца - каждый диаметром с английскую булавку. Каждая крохотная емкость может вмещать 25 нанолитров химического вещества в твердом, жидком или гелеобразном состоянии. По словам доктора Лангера, на чипе такого размера вполне достаточно места, чтобы разместить и тысячи канальцев - все дело в развитии технологии. А вообще, чипы могут быть большими и маленькими - в зависимости от прикладного назначения.
Электронное устройство, управлявшее чипом, подключалось к нему посредством 34 проводников - по одному на каждую золотую крышечку. Изобретатели убеждены, что вскоре удастся избавиться от внешней управляющей электроники и изготовить компактную микросхему - распределитель химических веществ, которая будет иметь программируемый процессор.
Согласно комментарию профессора Сайма, концептуальная часть работы завершена. Теперь дело за тем, чтобы поставить чипы на поток.
Чипы совсем недороги. По словам профессора, себестоимость даже лабораторных образцов не превышает 20 долларов. А при развитой технологии и промышленных масштабах производства цена подобных устройств не превысит 1 доллара.
Каким же видится будущее новых устройств? Изобретатели полны энтузиазма. Джон Сантини предсказывает, что новые устройства найдут применение прежде всего в диагностике. Как известно, для диагностирования некоторых заболеваний нужно точно по расписанию вводить пациенту строго определенные количества некоторых веществ. После этого образцы физиологических жидкостей подвергаются лабораторному анализу, и весь процесс диагностики может длиться не один день. Очевидно, что должным образом запрограммированный чип может проделать самостоятельно большую часть этого процесса.
А вот мечты профессора Сайма окружены ореолом гедонизма: "Как бы вам понравилось, если бы ювелирные украшения источали ароматы - причем разные - по расписанию?" Большое подспорье для тех, кому и "Рондо" не поможет облегчить понимания. Сенсоры отслеживают состояние кожи, потоотделения, слюны, и если надо - чип генерирует приятные ароматы.
Еще дальше идет в мечтах профессор Лангер. Встроенные в телеприемники или персональные компьютеры "душистые" чипы, получая управление по тому же каналу, по которому идут видео- или TCP/IP-сигналы, смогут добавить реалистичности картинке на экране. Сразу, однако, вспомнил о таких жанрах, как реклама и "чернуха". Как бы не пришлось долго проветривать помещение...
И, конечно, же новые чипы принесут облегчение тысячам людей, чья жизнь в буквальном смысле зависит от своевременных инъекций лекарственных препаратов. Имплантированные чипы, запрограммированные нужным образом, заменят и шприц, и медсестру. Вообще, трудно даже вообразить, где еще могут использоваться микросхемы - химические лаборатории.
Разработка чипа заняла пять лет. По признанию авторов, это был упорный труд, эволюция идеи в чистом виде. И ни разу никто из них не восклицал: "Эврика!" Идея пришла в голову Роберту Лангеру, когда он разбирался с документацией по электронным микросхемам. В настоящее время технология нового чипа защищена патентами США и других стран.
Пока чип существует только как прототип. По словам Сайма, следующим этапом станет внедрение чипа в практику. Ну, и еще нужно тщательно разобраться с тонкостями процесса растворения золотых пробочек. Хотя принципиально важной, по мнению авторов, является разработка иной техники откупоривания канальцев.
Одним из спонсоров исследований являлся Национальный фонд науки США (National Science Foundation).
