La miniaturizzazione dell'elettronica continua a creare capacità senza precedenti nelle applicazioni informatiche e di comunicazione, consentendo dispositivi wireless palmari con prestazioni di elaborazione straordinarie che funzionano a batteria. Questa stessa miniaturizzazione dei sistemi elettronici sta creando nuove opportunità anche nella biotecnologia e nella biofisica.

Un team di ricercatori della Columbia Engineering ha utilizzato l'elettronica miniaturizzata per misurare l'attività delle singole proteine ​​del canale ionico con una risoluzione temporale di appena un microsecondo, producendo le registrazioni più veloci di singoli canali ionici mai eseguite. I canali ionici sono biomolecole che consentono agli atomi carichi di fluire dentro e fuori dalle cellule, e sono un importante cavallo di battaglia nella segnalazione cellulare, rilevamento, ed energetica. Sono inoltre in fase di studio per applicazioni di sequenziamento dei nanopori. Come i "transistor" dei sistemi viventi, sono il bersaglio di molti farmaci, e la capacità di eseguire misurazioni così rapide di queste proteine ​​porterà a una nuova comprensione delle loro funzioni. I ricercatori hanno progettato un circuito integrato personalizzato per eseguire queste misurazioni, in cui una membrana cellulare artificiale e un canale ionico sono attaccati direttamente alla superficie del chip dell'amplificatore.

I risultati sono descritti in un documento pubblicato online il 1 maggio, 2013, in Nano lettere .

"Negli ultimi 30 anni gli scienziati hanno misurato singoli canali ionici utilizzando grandi sistemi elettronici montati su rack, "dice Jacob Rosenstein, l'autore principale della carta. Rosenstein era uno studente di dottorato in ingegneria elettrica presso la Scuola al momento in cui questo lavoro è stato svolto, ed è ora assistente professore alla Brown University. "Progettando un amplificatore microelettronico personalizzato e integrando strettamente il canale ionico direttamente sulla superficie del chip dell'amplificatore, siamo in grado di ridurre le capacità parassite che ostacolano l'esecuzione di misurazioni veloci."

"Questo lavoro si basa su altri sforzi nel mio laboratorio per studiare le proprietà delle singole molecole utilizzando l'elettronica personalizzata progettata per questo scopo, "dice Ken Shepard, professore di ingegneria elettrica presso la Scuola e consigliere di Rosenstein. Il gruppo Shepard continua a trovare modi per accelerare queste misurazioni di singole molecole. "In alcuni casi, " Aggiunge, "potremmo essere in grado di accelerare le cose per essere un milione di volte più veloci delle tecniche attuali".