CMOS技术为生物膜的形成提供了新的见解
纽约，2014年2月10日-在《自然通讯》今天发表的一项研究中，由哥伦比亚工程学院电气工程和生物医学工程教授Ken Shepard和哥伦比亚大学生物科学助理教授Lars Dietrich领导的研究小组证明，集成电路技术，现代计算机和通信设备的基础，可以用于一种极不寻常的应用——菌落信号的研究。他们开发了一种基于互补金属-氧化物-半导体(CMOS)技术的芯片，使他们能够电化学成像来自这些殖民地的信号分子的空间和时间。实际上，他们已经开发出能够“倾听”细菌的芯片。
“这是CMOS技术的一个令人兴奋的新应用，它将为生物膜的形成提供新的见解，”Shepard说。“破坏生物膜的形成对降低感染率的公共卫生具有重要意义。”
包括博士生Dan Bellin(电子工程)和Hassan Sakhtah(生物学)在内的研究人员说，这是集成电路首次被用于这种应用，在多细胞结构中电化学成像小分子。虽然光学显微镜技术仍然是研究生物系统的重要技术(使用光子可以相对非侵入性的相互作用，以研究生物系统)，但它们不能直接检测生理学的关键组成部分，如初级代谢和信号因子。
研究小组认为，可能有一种更好的方法可以直接检测到小分子，方法是采用直接电子转导的技术，而不用照片作为媒介。谢泼德说，他们制造了一个集成电路，一个芯片，是一个“活性的”玻璃片，这个玻璃片不仅为细菌菌落形成固体支撑，而且在细菌彼此交谈时“监听”它们。
Dietrich解释说，细胞通过分泌分子调节它们的生理活动。研究小组专门研究了非那嗪，它是控制基因表达的分泌代谢物。他们的研究发现，细菌菌落产生了一种非那嗪梯度，他们说，这种梯度可能具有生理意义，有助于菌落的形态发生。
“这是一个很大的进步，”迪特里希继续说。“我们描述了使用这种芯片来‘监听’生物膜中发生的对话，但我们也建议使用它来中断这些对话，从而破坏生物膜。除了这些研究的纯科学意义之外，它的一个潜在应用将是将这种芯片集成到医疗设备中，这些设备是生物膜形成的常见部位，比如导管，然后使用芯片来限制细菌定植。”
该团队的下一步将是开发一种更大的芯片，使更大的蜂群能够以更高的空间和时间分辨率成像。
谢泼德补充说:“这代表了一种新的令人兴奋的方法，固态电子可以用来研究生物系统。”“这是集成电路技术对生物技术和生命科学产生影响的众多新兴方式之一。”
欲了解更多信息，请访问http://www.engineering.columbia.edu/
了下:M2M(机器对机器)
