Układy elektroniczne budowane przez magnetyczne bakterie

Świat nowoczesnej elektroniki i technologii niejedno zawdzięcza naturze. Podglądanie funkcjonowania bakterii magnetycznych pomogło opracować nowatorską technikę wytwarzania nośników pamięci z precyzyjnie rozmieszczonymi bitami magnetycznymi. To z kolei naprowadziło na pomysł wytwarzania miniaturowych bioprzewodów, które są dobrze tolerowane przez ludzki organizm.

W poszukiwaniu sposobu na skonstruowanie szybszych pamięci masowych naukowcy zabrnęli aż do mikroświata. Pomocna okazała się odkryta w drugiej połowie XX wieku bakteria magnetyczna, Magnetospirilllum magneticum.

Te żyjące w wodzie mikroorganizmy odżywiają się żelazem. Wykorzystują je do wytwarzania malutkich magnesów, które ulokowane są w organellach zwanych magnetosomami i pełnią rolę kompasu. Dzięki temu bakteria wyczuwa zmiany pola magnetycznego Ziemi, a tę umiejętność wykorzystuje do przemieszczania się - wzdłuż lub prostopadle do linii magnetycznych.

Jak mówi Joanna Galloway, doktorantka pracująca nad projektem, „proteiny biorą na siebie całą ciężką robotę”. Wystarczy dostarczyć im żelazo, a same wytworzą idealne kryształy magnetytu.

Naukowców z Uniwersytetu w Leeds zainteresował sposób w jaki proteiny wewnątrz bakterii wspomagają proces powstawania, kształtowania i kontrolowania pozycji nanokryształów magnetytu.

Choć przed badaczami jeszcze wiele pytań, udało się odtworzyć proces formowania nanomagnesów poza bakterią z pomocą tych samych protein. Dzięki temu udało się wytworzyć powierzchnię magnetyczną podobną jak te stosowane w dzisiejszych pamięciach masowych.

Teraz pora na miniaturyzację wysepek magnetycznych, czyli wytworzenie struktur o rozmiarze jednego kryształu. Każda z nich będzie zdolna przechować pojedynczy bit informacji. Pozwoli to zrealizować tak zwaną ideę patterned media w idealny sposób.

Proces formowania się kryształów magnetytu zachodzi w temperaturze 80 stopni Celsjusza. Powstają one w miejscach gdzie znajduje się proteina, taka sama jak ta, którą wykorzystują magnetyczne bakterie. W tym przypadku proteiny ułożone są w kształt szachownicy.

Współpracujący z zespołem Dr Masayoshi Tanaka wykorzystał podobną technikę jak podczas wytwarzania nanomagnesów do wyprodukowania nanoprzewodów. Wykorzystują one kropki kwantowe, które zostały umieszczone wewnątrz cząsteczek tłuszczu.

Jak mówi ich twórca, można tym biologicznym przewodom nadać konkretne własności (w tym rezystancję). Przewiduje on, że w przyszłości uda się w ten sposób wytwarzać biopołączenia pomiędzy podzespołami w pełni biologicznego komputera.

Bioprzewody są również w wysokim stopniu kompatybilne z żywymi tkankami, co stwarza szanse na ich wykorzystanie w leczeniu chirurgicznym.

Więcej o technologiach nośników pamięci:

• WORM: pamięć jednokrotnego zapisu z DNA łososia
• Seagate: dyski twarde HDD o pojemności 60 TB dzięki HAMR
• Laser i dysk magnetyczny - zapis w terabajtach na sekundę
• IBM: atomowe nośniki pamięci w zasięgu ręki - bit z 12 atomów żelaza
• Superszybkie pamięci Hybrid Memory Cube
• Sól kuchenna pozwala uzyskać 5 TB na jednym talerzu HDD

Źródło: University of Leeds