La miniaturisation de l'électronique continue de créer des capacités sans précédent dans les applications informatiques et de communication, permettant des appareils sans fil portables avec des performances de calcul énormes fonctionnant sur batterie. Cette même miniaturisation des systèmes électroniques crée également de nouvelles opportunités en biotechnologie et en biophysique.

Une équipe de chercheurs de Columbia Engineering a utilisé de l'électronique miniaturisée pour mesurer l'activité de protéines individuelles de canaux ioniques avec une résolution temporelle aussi fine qu'une microseconde, produisant les enregistrements les plus rapides de canaux ioniques uniques jamais réalisés. Les canaux ioniques sont des biomolécules qui permettent aux atomes chargés d'entrer et de sortir des cellules, et ils sont un cheval de bataille important dans la signalisation cellulaire, sentir, et énergétique. Ils sont également explorés pour des applications de séquençage de nanopores. En tant que "transistors" des systèmes vivants, ils sont la cible de nombreux médicaments, et la capacité d'effectuer des mesures aussi rapides de ces protéines conduira à une nouvelle compréhension de leurs fonctions. Les chercheurs ont conçu un circuit intégré personnalisé pour effectuer ces mesures, dans lequel une membrane cellulaire artificielle et un canal ionique sont fixés directement à la surface de la puce amplificateur.

Les résultats sont décrits dans un article publié en ligne le 1er mai. 2013, dans Lettres nano .

"Les scientifiques mesurent des canaux ioniques uniques à l'aide de grands systèmes électroniques montés en rack depuis 30 ans, " dit Jacob Rosenstein, l'auteur principal de l'article. Rosenstein était doctorant en génie électrique à l'École au moment de la réalisation de ce travail, et est maintenant professeur adjoint à l'Université Brown. "En concevant un amplificateur microélectronique personnalisé et en intégrant étroitement le canal ionique directement sur la surface de la puce de l'amplificateur, nous sommes en mesure de réduire les capacités parasites qui entravent la prise de mesures rapides."

"Ce travail s'appuie sur d'autres efforts de mon laboratoire pour étudier les propriétés de molécules individuelles à l'aide d'une électronique personnalisée conçue à cet effet, " dit Ken Shepard, professeur de génie électrique à l'École et conseiller de Rosenstein. Le groupe Shepard continue de trouver des moyens d'accélérer ces mesures de molécules uniques. "Dans certains cas, " il ajoute, "nous pourrons peut-être accélérer les choses un million de fois plus vite que les techniques actuelles."