довсния в области органической химии
показы ваю т, как мы только что убеди-
лись, что это не единственные кандида-
ты для создания полупроводниковых эле-
м ентов или чипов.
В присутствии поров йода полиаце-
тилен тож е м ож ет получсть свойства
проводим ости р-типа. Иод, проникая в
структуру полим ера, внедряется в нее
и «ждет» появления электрона. (
Полиме-
ры
(от греч. ро1у — «много» и т е го э —
«доля», «часть») — вещ ества, молекулы
котор ы х (м акром олекулы ) сос то я т из
бол ьш ого числа повторяю щ ихся звень-
ев. П о происхож дению полимеры делят
на природные, или биополим еры , и син-
тетические. —
Прим, авт.)
То есть ведет
себя точно так же, как, ноприм ер б о р
или галлий в кристаллической реш етке
кремния. А для того чтобы ввести в по-
лиацетилен примесь п-типа, м ож но ис-
пользовать литий, натрий или калий.
О р ган и ч е ски й п ол упровод ни ковы й
м атериал уже изготавливается в м ас с о -
вых количествах и стоит не дорож е обыч-
ной клеенки. А значит, вполне серьез-
но м ож но подумать и о б использовании
его в электронике.
П е р в о е возм ож ное прим енение —
создание
фотоэлементов
; для этого дос-
таточно совместить один слой п-типа и
два слоя р-типа. С ледую щ ее, возм ож -
но, сам ое перспективное сейчас при-
м енение — 0 £ Ы ), технология органиче-
ских электролю минесцентных дисплеев
(под роб нее см отри в статье
Руслана
Ризванова
«О рганические мониторы»,
М К , № 4 4 (2 1 2 ) за 2 0 0 2 г.) К настоящ е-
му времени удалось найти такие при-
меси, которы е могут как отдовать, так
и принимать электроны, оставаясь при
этом достаточно стабильными. Н а их о с -
нове уже созданы электробатареи, ко-
торы е показал и не только достаточную
долговечность, но и оказались почти в
10 р с з легче обычных.
С озд ан ы такж е биочипы, в которых
используется способность молекул ря-
де органических вещ еств выпрямлять
электрический ток. В частности, у ста -
новлено, что молекулы
хинонов
могут
иметь два электрических состояния, о т-
личаю щ иеся распределением электри-
ческих зарядов и зависящ их о т'н и х во-
дородны х связей. П утем воздействия на
хиноны электрическим током м ож но за -
писывать логические нули и единицы.
Таким образом , уже сегодня начина-
ю т прорисовываться принципиальные воз-
можности новой отрасли неуки — б и о-
электроники, которая, возможно, в этом
веке придет на смену всем нам хорош о
известной «обычной» электронике. Ведь
уже сейчас есть биологические микроуст-
ройства, способны е выполнять функции
датчиков, процессоров, исполнительных
механизмов. Родились новые розделы био-
физики, которые изучают сам оорганиза-
цию биопроцессов. И если раньш е иссле-
дователи шли в основном по пути вос-
произведения в технике принципов, ис-
пользуемых в живых системах, то в настоя-
щ ее время уже создоны гибридные сис-
темы и предпринимаются попытки, ска-
жем, создать компьютер с процессора-
ми, использующими некие элементы нерв-
ной системы. Его предполагаю т снсбдить
датчиками и исполнительными устройст-
вами, в основе которых леж ат молекуляр-
ные механизмы мышечного сокращения.
Интерес к биологическим микроустрой-
ствам в мире не случаен — источники био-
логических материалов дешевы и практи-
чески неиссякаемы, благодаря непрерыв-
ным методом культивирования микроорга-
низмов и животных клеток. Биоустройствс-
ми обеспечивоется широкий спектр пре-
образуемых видов энергии — химической,
механической, световой, электрической, а
в ряде случаев возможна обратимость про-
цессов преобразования — это позволяет
использовать датчики для решения ш иро-
кого круга зодач. Биопреобразователи
имеют сравнительно высокий коэффици-
ент полезного действия (иногда почти 100%),
блогодаря успехам молекулярной биоло-
гии их можно конструировать с заранее
заданными свойствами, избирательной ре-
акцией и высокой чувствительностью. Эти
и многие другие преимущества позволяют
биологическим системам конкурировать с
электронными, а по некоторым парамет-
рам и превосходить их.
..
Фаитастикз стаиовится реальиостьт
О сн о в а те л ь косм ической биологии
А . Чижевский ещ е в тридцатые годы про-
ш лого века сконструир овал аппар ат,
который предупреждал о всплесках сол-
нечной активности за несколько дней
до н очала очередной вспышки. Главной
«деталью» этого п р и б о р а были крош еч-
ные бактерии, которы е в зависим ости
о т реж има солнечного освещ ения м е-
няли свою окроску.
Ж ивые сущ ества во многих случсях
оказы ваю тся н ам н ого чувствительнее
сложнейших электронных приборов. Так
почему же тогда мы чащ е всего пользу-
емся им енно показаниям и а п п ар а ту р ы ?
О д н а из главных причин — трудность
деш иф ровки показаний живых «предска-
зателей», невозможность идентичной за -
мены одного на другой.
Вот пример: сотрудники
биофака МГУ
как-то записоли на осциллограф сигна-
лы вкусовых щ етинок ком ара-пискуна.
П ри этом однозначно выяснилось, что
каждому химическому соединению, ко-
то р о е ком ор пробует на «вкус», соот-
ветствует определенная электрическая
последовательность импульсов, а сам и
датчики-щетинки срабаты вали, даж е ес-
ли концентрация примесей составляла
всего сотые доли грам м а на литр воды.
Эвр ика?! Н е тут-то было.
.. С тои л о пом е-
нять ком ара, и характер электрических
импульсов на экране тотчас менялся.
Д ругое дело, если мы переходим к
опы там с м икроскопическим и живыми
сущ ествами, а то и просто клетками. В
опы тах Чиж евского зам е на одной про
бирки другой вполне возм ож на — б ак -
терий ток много, что характерны е чер-
ты отдельных особей нивелируются, сгла
живаются, давая об об щ е н н ы е резуль-
таты. Вот, окозывается, почем у биоф и-
зики стремятся вести исследования имен-
но н а м икронном уровне. И м енно здесь
появляется принципиальная возможность
Живая теория
создания на биохим ической основе от-
дельных элементов, а затем и целых сис-
тем — скажем, «биологических ком пью -
теров» или «чувствующ их роботов».
К онечно, такая п р о б л е м а тр е б уе т
объединения усилий не только биоф изи-
ков и биохимиков, но и микробиологов,
специалистов по генной инженерии. С о -
вместными усилиями ученым удалось при-
способить молекулы родопсина для соз-
дания биоком пью тера.
(Родопсин (зри-
тельный пурпур)
— сложный светочувст-
вительный белок, основной зрительный
пигмент палочковых клеток сетчатки гла-
за у позвоночны х животных и человека.
П оглощ ая квант света, родопсин р а с п а -
дается и вызывает возбуж дение зритель-
ного нерва; в тем ноте вновь синтезиру-
ется. —
Прим,
авт.) Каким о б р а зо м ? Ч то-
бы понять это, давайте но минуту о б р а -
тимся к классическому компьютеру.
Л ю б о й вычислительный процесс с о -
стоит из трех этапов. Вначале возника-
ет зодача: исходные данны е и представ-
ление, что с ними над о сделать. Затем
следует собственно реш ение: вычисле-
ния в определенном порядке по строго
заданны м алгоритмам . И наконец, но
третьем этапе полученное реш ение ка-
ким-то о б р а зо м используется.
Н о ведь нечто по д о б н о е сплош ь и
рядом происходит и в живой природе!
П о существу, вся жизнь состоит в р е -
ш ении задоч и использовании получен-
ных результатов. П роблем ы нахождения
пищи, ее потребления, усвоения, р а з -
вития и разм нож ения организм ов — все
это задачи, реш аем ы е по определенно-
м у н а б о р у алгоритмов. А р а з ток, то
можно, наверное, и ком пью тер сделать
по том у же о б р а зу и подобию .
И м енно токую цель и поставили пе-
ред соб о й японские специолисты, на-
човш ие работы по специальном у п р о -
екту, главная цель которого — созд а-
ние «ком пью тера нс основе элементов
нервной системы, снабж енного б и о л о -
гическими датчиками, а такж е исполни-
тельными устройствам и, использую щ и-
ми молекулярные м еханизмы м ы ш ечно-
го сокрощ ения».
Работы по созд онию б и о п р е о б р а зо -
вателей уже м иновали этап поиска —
благодаря успехам м олекулярной б и о -
физики м ож но конструировать датчики
с нужными свойствоми, избирательно-
стью и высокой чувствительностью.
Что же собой представляют датчики-
преоброзователи, которые являются в био-
компьютере источником входной инфор-
мации? М ы как-то привыкли считать, что
белок — нечто чрезвычайно неустойчивое,
быстроразлагающееся.
.. О днако его уже
давно научились получать в кристалличе-
ском виде, и тогда молекулу белка можно
рассматривать как твердое тело с меха-
ническими свойствами, подобными, ска-
жем, органическому стеклу или эбониту.
М ож но также белки и ферменты присое-
динять к специальным подложкам из бума-
ги, полистирола, нейлона, стекла или ме-
талла, после чего они опять-таки приоб-
ретаю т необходимую механическую проч-
ность, с ними легко и удобно работать.
(Окончание следует)
№39/314 27 сентября -04 октября 2004
предыдущая страница 20 Мой Компьютер 2004 39 читать онлайн следующая страница 22 Мой Компьютер 2004 39 читать онлайн Домой Выключить/включить текст