Bioeletrônica: Primeiro chip alimentado biologicamente

A biocélula que alimenta o chip possui bombas iônicas de sódio-potássio em uma membrana lipídica artificial. [Imagem: Trevor Finney/Jared Roseman/Columbia]

Chip bioeletrônico

Está pronto o primeiro chip alimentado pelo mesmo processo molecular que transporta energia nos seres vivos.

O chip é um circuito integrado CMOS padrão, equipado com uma membrana lipídica artificial contendo bombas iônicas alimentadas por ATP, ou trifosfato de adenosina, um nucleotídeo responsável pelo armazenamento de energia nas células vivas.

Essa bioeletrônica abre o caminho para a criação de sistemas artificiais dotados de componentes e funcionalidades biológicas e eletrônicas.

"Combinando um dispositivo eletrônico biológico com a tecnologia CMOS poderemos criar novos sistemas que não são possíveis com as tecnologias individualmente," disse o professor Kenneth Shepard, da Universidade de Colúmbia, nos EUA, cuja equipe já havia conectado transistores com moléculas de DNA.

O pesquisador acrescenta que esses híbridos bioeletrônicos poderão tornar-se "dispositivos ativos que terão novas funções, como a captação de energia a partir de ATP, como foi feito aqui, ou reconhecendo moléculas específicas, dando aos chips a capacidade de sentir gosto ou cheiro."

Funções biológicas

Nos sistemas vivos, a energia é armazenada em potenciais ao longo de membranas lipídicas, e o ATP é usado para transportar a energia de onde ela é gerada para onde ela é consumida na célula.

Para alimentar o chip usando o mesmo processo, o pesquisador Jared Roseman adicionou ao circuito integrado uma biocélula capaz de capturar o ATP e usar sua energia. Na presença de ATP, o sistema bombeia íons através da membrana, produzindo um potencial elétrico que é recolhido pelo chip e usado em seu funcionamento.

Embora outros grupos já tenham coletado energia de sistemas vivos, inclusive para alimentar robôs, a equipe está explorando como fazer isso no nível molecular, isolando apenas a função desejada e fazendo sua interface com a eletrônica.

"Nós não precisamos da célula inteira," explica Roseman. "Nós simplesmente pegamos o componente da célula que está fazendo o que queremos. Para este projeto, nós isolamos as ATPases porque são as proteínas que nos permitem extrair energia do ATP."

Combinando biologia com eletrônica

A capacidade para construir sistemas que combinem o poder da eletrônica de estado sólido com as capacidades dos componentes biológicos é muito promissora, com um número de potenciais aplicações tão grande que é difícil listá-las.

"Hoje você precisa de um cão farejador de bombas, mas se pudermos pegar apenas a parte do cão que é útil [para esta função] - as moléculas responsáveis pelo funcionamento do seu olfato - não precisaremos mais do animal inteiro," exemplifica o professor Shepard.

Bibliografia:

Hybrid integrated biological solid-state system powered with adenosine triphosphate

Jared M. Roseman, Jianxun Lin, Siddharth Ramakrishnan, Jacob K. Rosenstein, Kenneth L. Shepard

Nature Communications

Vol.: 6, Article number: 10070

DOI: 10.1038/ncomms10070