Giấc mơ kết hợp bộ máy sinh học với bộ máy nhân tạo giờ đây trở nên thực tế hơn khi các nhà nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học kỹ thuật Columbia thông báo đã khai thác thành công một quá trình sinh học sản xuất năng lượng hóa học để cấp điện cho mạch tích hợp CMOS trạng thái rắn.

Theo GS. Ken Shepard, trưởng nhóm nghiên cứu, đây là nỗ lực thành công đầu tiên trên thế giới để tách biệt một quá trình sinh học và sử dụng nó để cấp điện cho mạch tích hợp như mạch được sử dụng trong điện thoại và máy tính.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển hệ thống bằng cách sử dụng một màng chất béo nhân tạo 2 lớp chứa các bơm ion xuất hiện tự nhiên, hoạt động nhờ có ATP (adenosine triphosphate), “phân tử lưu thông năng lượng” của thế giới sinh học. ATP là một hợp chất hữu cơ truyền năng lượng hóa học giữa các tế bào sống. Nó là thành phẩm của các quá trình như quang hợp và hô hấp của tế bào và cung cấp năng lượng cho hoạt động cơ học của các hệ thống sống như phân bào và co cơ.

Các nhà khoa học đã kết nối màng chất béo với một mạch tích hợp chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) trạng thái rắn thông thường và các máy bơm ion cấp điện cho mạch.

GS. Shepard cho biết: “Các máy bơm ion về cơ bản hoạt động rất giống bóng bán dẫn. Chúng tôi đã sử dụng máy bơm cùng loại dùng để duy trì điện thế nghỉ (resting potential) trong các tế bào thần kinh. Bơm này tạo ra điện thế trên toàn bộ màng chất béo nhân tạo. Chúng tôi đã kết hợp nó với mạch tích hợp và sử dụng năng lượng trên màng chất béo đó nhờ có các ion được bơm để cấp điện cho mạch tích hợp”.

Sử dụng thành phần sinh học nhân tạo và tách biệt là một hướng tiếp cận khác để kết nối toàn bộ các hệ thống sự sống với chíp trước đây đã được thực hiện thành công ở mức độ khác nhau.

“Chúng tôi không cần toàn bộ tế bào. Chúng tôi chỉ lấy một thành phần của tế bào để làm những gì chúng tôi muốn. Đối vối dự án này, chúng tôi đã tách các ATPase vì những protein này cho phép chúng tôi khai thác năng lượng từ ATP”, GS. Shepard nói.

Thách thức chủ yếu hiện giờ là thu nhỏ hệ thống và tìm cách quản lý sự phân rã sinh học. Nhóm nghiên cứu mong rằng sẽ mở rộng triển vọng ứng dụng chíp sinh học trong các thiết bị điện tử.