Perspective de cercetare in domeniul bioelectronicii
O directie vizeaza continuarea combinatiei de succes dintre biotehnologie si microelectronica. Se
urmareste integrarea pe acelasi cip a biosenzorului si a sistemului digital de
prelucrare a semnalului. Scopul ar fi obtinerea unor actuatoare integr ate
complet si controlate de nivelul analitului in sange. S-ar putea realiza
actuatoare, care sa furnizeze automat anumite medicamente in sange, sau
micropompe de
declansare a dializei, [2].
O alta directie de cercetare se bazeaza pe observatia facuta de Scheller [2]
in legatura cu procesarea de semnal facuta la nivel enzimatic. Exista doua
tipuri distincte de enzime ce pot realiza suma matematica a semnalelor generate
de doi senzori distincti [2]. De asemenea, s-a realizat diferenta si produsul
de convolutie a doua semnale cu ajutorul
a doua enzime distincte. Daca acest lucru va fi facut in viitor la o scala mica
de integrare si cu o viteza de raspuns superioara circuitelor digitale, vom
asista in viitor la dezvoltarea biocalculatoarelor.
Modelarea raspunsurilor biosenzorilor prezentata aici este doar o provocare. Daca un biosenzor are un comportament neliniar, cu atat mai mult un
organism viu are. Modelarea raspunsurilor in lumea biologica si in
special in medicina este un teren neatins inca. Utilitatea lor ar fi imensa. Un
exemplu: medicul analizeaza raspunsul unui electrocardiograf doar calitativ.
Acest raspuns s-ar putea modela cu parametri ce ar indica
elasticitatea vaselor de sange, timpi de comutatie, amplitudini - parametri ce
ar putea duce la un diagnostic optimizat.
Aplicatii ale TCEN sunt interesante mai ales in analiza
raspunsurilor lumii vii. Spre exemplu, dozarea medicamentelor ar putea fi
facuta pe baza stabilirii concentratiei de prag. Organismul uman prezinta o
anumita reactivitate biologica la un medicament. Daca se administreaza in
concentratii prea mici, organismul nu 'simte' nimic. Peste o doza
'prag' reactivitatea incepe sa se faca simtita. In viitor s-ar putea
dovedi o reactivitate chiar si sub prag. Partial s-a demonstrat acest lucru.
Scazand concentratia medicamentului foarte mult, s-a ajuns la stabilirea unor
dilutii foarte inalte (homeopatice), la care reactivitatea organismului creste
din nou. Aceste concentratii, sau in celalalt caz, dilutii prag, ale unor medicamente, ar putea fi extrase cu TCEN.
Dezvoltari in directia electrofiziologiei.
Proprietatile fundamentale ale neuronilor constau in
generarea si conducerea impulsurilor electrice nervoase. Un stimul cu intensitatea sub prag nu se propaga.
Asemanarea conductiei electrice intraneuronale cu dispozitivele MOS este
frapanta. Intre doi neuroni conductia se face prin intermediul mediatorilor
chimici si a neurotransmitatorilor (substante ca acetilcolina, dopamina etc).
Iata de ce aceste substante sunt atat de intens
cercetate cu ajutorul biosenzorilor. Dar nu numai neuronii, ci toate celulele
au comportamente electrice: conductia prin canalele ionofore, incarcatura
electrica a mediului micelar, electroforeza proteinelor sunt doar cateva
exemple.
De asemenea, deosebit de interesanta ar fi modelarea in domeniul
electronicii celulare si a transmiterii semnalelor biologice. Exista o
transmisie la nivel intracelular (prin mesagerii secunzi spre receptorii
nucleari), o transmisie intercelulara (prin circulatia sangvina a analitilor)
si apoi o transmisie globala intre organe. Electrofiziologii au avansat mult in
ultimele decenii, reusind prin observatii directe sa explice unele fenomene
electrice ce apar in functionarea celulelor. Si instrumentele puse la
dispozitie de nanotehnologii i-au ajutat. Insa ceea ce lipseste in acest
domeniu este modelarea. O stapanire cantitativa a fenomenului la nivel
celular si apoi globala, ar fi cheia unei medicini moderne. Este de asteptat ca
aceasta modelare sa fie extrem de dificila, intrucat organismul are diverse metode
de adaptare printr-un numar extrem de mare de feed-back-uri. De aceea ele
trebuie sa debuteze treptat: mai intai la nivel celular si in cele din urma la
nivelul ansamblului organismului viu.
Parerea personala a autorului acestei carti este ca in viitor vom asista la
o convergenta a stiintelor intr-un mod surprinzator. Daca in trecut, materia
acestei lumi a fost studiata din unghiul chimistului, al fizicianului, al biologului,
al electronistului, astazi asistam la o
superspecializare pe domenii extrem de inguste: electronisti specializati doar
pe tranzistoare SET, sau doar pe nanotuburi de carbon, ori biologi care
studiaza doar un anumit organit celular. Ironia soartei este ca electronistul
care aprofundeaza mult nanotuburile le redescopera printre proteinele din
canalele ionofore celulare, iar biologii sunt fortati sa dea explicatii despre
fenomene electrice celulare. Probabil ca doar conlucrarea acestor cercetatori
va asigura succesul in viitor.
