A Columbia kutatói az élő rendszerek molekuláris gépezetét lemásolva a sejtek energiaszállító molekulája, adenozin-trifoszfát (ATP) révén láttak el energiával egy integrált áramkört. Ehhez egy sima CMOS chipet és egy mesterséges kétrétegű lipidmembránt kapcsoltak össze, amelybe ATP-vel működő ionpumpákat ágyaztak. Ken Shepard és kollégái fejlesztése révén újfajta, biológiai és mesterséges komponenseket egyaránt tartalmazó rendszerek lehetnek létrehozhatók.
Ezek pedig, Shepard elmondása szerint, jóval többre lehetnek képesek, mint a létező gépi technológiák. A biológiai összetevőket is tartalmazó rendszerek például energiát nyerhetnek ki az élő szervezetekből, vagy az élőlényekéhez hasonló érzékelésre válhatnak képessé. Az élőlényekben membránokból, ionpumpákból és ioncsatornákból álló biológiai tranzisztorok teszik lehetővé a működéseket, az ionok áramoltatása révén biztosítva az energia és az információ továbbítását, amit az integrált áramkörökben az elektronok mozgása biztosít.
A lipidmembránok elektromos potenciál formájában tárolják az energiát, amely az ionpumpák működése nyomán termelődik, majd az ATP szállítja el ezt a sejt energiát igénylő részeihez. A szakértők által létrehozott rendszera folyamat fordítottját hajtja végre: ATP jelenlétében működésbe lépnek az ionpumpák, elektromos potenciált hozva létre a membránban, amelyet a chip aztán „betakarít”. A prototípus meglehetősen méretes a sejtekhez képest, hiszen több milliméter átmérőjű, de tanulmányozása révén a szakértők rájöttek, hogy milyen megoldásokkal lehet a kémiai energiát a lehető legjobban kiaknázni. A következőkben a rendszer miniatürizálása lesz soron, hogy praktikusan használható legyen a fejlesztés.
Míg más kutatócsoportok élő rendszerekből igyekeznek energiát termelni, Shepard és csapat a folyamat molekuláris szintjét vizsgálják, kizárólag azokra a működésekre koncentrálva, amelyek révén lehetővé válhat az elektronikus készülékek és a biológiai komponensek összekapcsolása. „Nincs szükségünk az egész sejtre” ‒ mondja a kutató. „Csak azokra a részekre, amelyek azt teszik, amire szükségünk van. A mostani projekthez például az ATP-áz enzimet izoláltuk, mivel ennek segítségével nyertük ki az energiát az ATP-ből.”
Ami a fejlesztés gyakorlati alkalmazási lehetőségeit illeti, Shepard szerint ezt valahogy úgy lehet elképzelni, hogy míg jelenleg a bombakereséshez egy jól képzett kutyára van szükség, egy napon egy chipre telepíthetik a kutya azon részeit, amelyek lehetővé teszik a robbanószerek kiszagolását. Az érzékelést molekulák fogják elvégezni, így nem kell erre az élő kutyát használni. A fejlesztés ugyanakkor élő szervezetekkel is integrálható lehet, így ATP-ben gazdag környezetben energiával láthatja el a testünkbe beültetett mesterséges rendszereket.
