Это «бактерии на чипе» приближается к датчикам объединений, сделанным из живых клеток с электроникой ультрамалой мощности, которая преобразовывает бактериальный ответ в беспроводной сигнал, что вероятно прочтён смартфоном.«Объединяясь спроектировал биологические датчики вместе с электроникой радио малой мощности, мы можем отыскать биологические сигналы в теле и в фактически разрешающих новых диагностических возможностях в настоящем времени к приложениям здоровья человека», говорит Тимоти Лу, адъюнкт-профессор MIT электротехники и информатики и биологической разработки.
В новом изучении, появляющемся в выпуске онлайн 24 мая Науки, исследователи создали датчики, каковые отвечают на heme, компонент крови, и показали, что трудятся у свиней. Они также проектировали датчики, каковые смогут ответить на молекулу, которая имеется маркером воспламенения.Лютеций и Анэнта Чандрэкэсан, декан Школы MIT Разработки и профессор Вэнневэра Буша и Информатики Электротехники, являются ведущими авторами изучения. Ведущие авторы – аспирант Марк Мими и бывший MIT postdoc Филип Необходимо.
РадиосвязьВ прошлое десятилетие синтетические биологи добились больших успехов у технических бактерий, чтобы ответить на стимулы, такие как экологические загрязнители или маркеры заболевания. Эти бактерии смогут быть созданы, чтобы произвести продукцию, такую как свет, в то время, в то время, когда они выявляют целевой стимул, но особое оборудование лаборатории как правило требуется, чтобы измерять этот ответ.
Чтобы сделать эти бактерии более нужными для настоящих заявлений, команда MIT решила объединить их с электронным чипом, что имел возможность перевести бактериальный ответ на беспроводной сигнал.«Отечественная идея была в том, дабы упаковать бактериальные клетки в устройстве», говорит Необходимо. «Клетки были бы пойманы в ловушку и продвинулись бы для поездки, вследствие того что устройство проходит через пузо».Для их начальной демонстрации исследователи сосредоточились на кровотечении в трактате GI. Они спроектировали пробиотическое напряжение E. coli, чтобы выразить генетическую схему, которая заставляет бактерии излучать свет, в то время, в то время, когда они сталкиваются с heme.
Они разместили бактерии в четыре скважин на их изготовленном на заказ датчике, покрытом полуводопроницаемой мембраной, которая разрешает небольшим молекулам от окружающей окружающей среды распространяться через. Под каждым замечательно фототранзистор, что может измерить сумму света, произведенного бактериальными клетками, и передать эти к процессору, что отправляет беспроводной сигнал в соседний компьютер или смартфон. Исследователи также выстроили приложение для Android, которое может употребляться, чтобы проанализировать эти.
Датчик, что имеется цилиндром приблизительно 1,5 дюйма длиной, требует приблизительно 13 микроватт мощности. Исследователи оборудовали датчик 2,7-вольтовой батареей, которую они оценивают, имел возможность привести устройство в действие в течение приблизительно 1,5 месяцев постоянного применения. Они говорят, что это имело возможность также быть приведено в действие гальванической клеткой, поддержанной кислыми жидкостями в животе, используя разработку, которую ранее создали Необходимо и Чандрэкэсан.«Центр данной работы находится на системном проектировании и интеграции, чтобы объединить силу бактериального ощущения со схемами ультрамалой мощности, дабы узнать важные медицинские приложения ощущения», говорит Чандрэкэсан.
Диагностирование болезниИсследователи удостоверились в надежности заглатываемый датчик у свиней и показали, что он имел возможность правильно узнать, пребывала ли кровь в животе. Они ожидают, что этот тип датчика мог быть или использован для одноразового применения или создан, чтобы оставаться пищеварительным трактом в течение нескольких дней или недель, послав постоянные сигналы.Сейчас, если больные, как подозревают, кровоточат из язвы желудка, они должны подвергнуться эндоскопии, чтобы диагностировать проблему, которая частенько требует, чтобы больной был успокоен.
«Цель с этим датчиком пребывает в том, что Вы были бы в состоянии обойти ненужную процедуру, легко глотая капсулу, и в достаточно мелком периоде времени Вы станете знать, было ли истекающее кровью событие», говорит Мими.Чтобы оказать помощь переместить разработку к терпеливому применению, исследователи планируют уменьшить размер датчика и обучаться, сколько времени клетки бактерий смогут выжить в пищеварительном тракте.
Они также сохраняют веру создать датчики для желудочно-кишечных заболеваний не считая кровотечения.В научной работе исследователи приспособили ранее обрисованные датчики к двум вторым молекулам, каковые они еще не удостоверились в надежности у животных. Один из датчиков обнаруживает содержащий серу ион, названный тиосульфатом, что связан с воспламенением и мог употребляться, чтобы осуществлять контроль больных с заболеванием Крона или вторыми воспалительными заболеваниями.
Второй обнаруживает бактериальную сигнальную молекулу именующиеся AHL, что может служить маркером для желудочно-кишечных зараз, по обстоятельству того, что различные типы бактерий создают слабо отличается догадки молекулы.«Большая часть работы, которую мы произвели в газете, была связана с кровью, но очевидно Вы имели возможность спроектировать бактерии, чтобы ощутить что-либо и произвести свет в ответ на это», говорит Мими. «Любой, кто пробует спроектировать бактерии, чтобы ощутить молекулу, связанную с заболеванием, имел возможность желобить ее в одни из тех скважин, и это подготавливайся пойти».
Исследователи говорят, что датчики имели возможность также быть созданы, чтобы нести многократные штаммы бактерий, дав им диагностировать множество условий.«Прямо сейчас у нас имеется четыре места обнаружения, но если Вы имели возможность бы расширить его на 16 или 256, тогда Вы имели возможность бы иметь многократные различные типы клеток и быть в состоянии прочесть их всех параллельно, разрешая больше показа высокой пропускной свойстве», говорит Необходимо.