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带有可编程基因的设备?美国陆军想要将细菌放入电子产品中yabosports官网

2017年1月12日通过罗宾·米切尔

美国军队在他们的电子产品研发中使用细菌是为了什么?yabosports官网

美国陆军对这种几乎生活在地球上每个地方的小生物有宏伟的计划。这些微生物的用途是什么?它们将如何影响电子行业?yabosports官网

生物电子工程夏娃

电子行业yabosports官网在过去的200年里一直在利用金属和玻璃。半导体在很大程度上由硅制成,已经存在了60年。最近生产14nm晶体管,该行业终于认识到晶体管大小的趋势不是可持续的晶体管的规模将会放缓直到它变得更加可行。因此,科学家一直在探索许多不同的选择,以增加包括使用的计算能力量子计算机光线处理信息

阀门在电子器件中常见,直到晶体管变得商业上可用。yabosports官网图片礼貌Fred von lohmann.(cc by 2.0]

虽然有许多科学家相信电子技术的未来在于表现出强大量子特性或超导能力的材料,但也有一些科学家相信答案可能就在我们身上。yabosports官网字面上!

这个想法是,生物体本身可以帮助生产传感器并提供计算能力。科学家已经证明了化学品和酶可以计算数字逻辑DNA可以用来进行计算包括玩井字游戏的能力。但这些想法大多还处于研究和开发的早期阶段。真正的工作设备很少,只能存在于受控的环境中,如实验室中。换句话说,这些想法中的大多数还远远没有被引入消费者世界。

然而,美国陆军对电子产品中的细菌进行了特别兴趣,并认为细菌可以在10年内使用。yabosports官网

微生物在发电时

微生物已经成为电力领域的研究课题。

一个例子是使用微生物生成电力以微生物燃料电池的形式。利用微生物和一些材料(包括昂贵的质子交换膜),细菌可以产生副产品氢离子来发电,氢离子反过来可以用来产生电压梯度(从而提供电力)。虽然这些细胞单独生产小于伏(0.6V至0.3V),他们的电力来源是有机物(废弃物,落叶等),使其成为将废物转化为电力的理想选择。

这种细胞产生的废物不是放射性,有毒的,甚至有害,而是腐朽的有机物质,可用于肥料。甚至氢气副产品也可以进一步用于为动力发电。

微生物可以用来发电。图片由MFCGuy2010提供(自己的作品)[cc by-sa 3.0]

因此,美国陆军考虑这一点也不足为奇将细菌整合到电子产品中yabosports官网并认为它将成为十年的主流。

如何训练你的细菌

在电子系统中有许多利用生物体的方法,如遗传编程和利用不同生物体之间的共生关系。陆军研究实验室(ARL)的布林·亚当斯博士对生物在电子学方面有很多想法和希望,包括利用光合作用产生电力。yabosports官网根据她的说法,使用合成生物学可以让工程师将“基因”编程到设备中,以指示特定的功能、属性或对刺激的反应。

为了让细菌执行特定的任务或表现出某种特性(如在黑暗中发光),必须使用DNA剪接技术对其进行改造插入和移除特定基因。然而,自2000年代中期以来,新的基因编程系统已经开发出来,允许创建自定义DNA序列。正是这些系统可以让整个生物体从零开始设计,以执行所需的操作,如发电、探测刺激,甚至执行计算。

生物电子学的一个聪明的例子是使用一种叫做Celloyabosports官网的编程语言的基因工程细菌的数据记录能力。基本上,在细菌的生命过程中,它将环境条件直接记录到DNA中,然后通过测序读出DNA。

在她的研究过程中,亚当斯已与之相关联沃伊特实验室在麻省理工学院和同胞军医研究员萨拉博士博士美国海军研究实验室因为他们都致力于将合成生物学带入领域。

阅读亚当斯的编辑进入合成生物学杂志这里了解有关综合生物学技术如何改变世界的看法。

细菌的未来

虽然细菌不会在一段时间内不在消费电子产品中,但它们可能很快就可以集成到执行器和yabosports官网传感器中。

电子学中生物有机体的概念开启了自我修复有机装置的可能性,这种装置可以监yabosports官网测环境并修复可能造成的损害(就像生物有机体的修复一样)。然而,伴随这项技术而来的还有许多并发症,包括意外产生危险菌株的危险,可能对暴露在这些细菌下的人有害。

如果被感染,MRSA可能是致命的。图片由n

值得庆幸的是,由于数百万年的演化 - 但工程细菌可能是我们的身体从未有过任何经历的成功细菌,我们的免疫系统非常擅长对抗细菌。在那之上,细菌具有令人讨厌的趋势,可以通过改变它们足以不可预测的特征的突变来发展。

含有合成生物的装置可能需要保持在密封环境中或通过一定量的实验,以防止这些问题。这意味着如果工程有机体导致爆发,这种合成生物的生产者将有义务对这种细菌产生抗生素吗?这种行业将如何受到监管?

看看细菌在未来几年中如何在工程中发挥作用将是有趣的。