A miniaturização da eletrônica continua a criar recursos sem precedentes em aplicativos de computador e comunicação, habilitando dispositivos sem fio portáteis com tremendo desempenho de computação operando com energia da bateria. Essa mesma miniaturização de sistemas eletrônicos também está criando novas oportunidades em biotecnologia e biofísica.

Uma equipe de pesquisadores da Columbia Engineering usou eletrônicos miniaturizados para medir a atividade de proteínas individuais do canal de íons com resolução temporal tão fina quanto um microssegundo, produzindo as gravações mais rápidas de canais de íons individuais já realizadas. Canais de íons são biomoléculas que permitem que átomos carregados fluam para dentro e para fora das células, e eles são um importante cavalo de trabalho na sinalização celular, de detecção, e energética. Eles também estão sendo explorados para aplicações de sequenciamento de nanoporos. Como os "transistores" dos sistemas vivos, eles são o alvo de muitas drogas, e a capacidade de realizar medições tão rápidas dessas proteínas levará a uma nova compreensão de suas funções. Os pesquisadores projetaram um circuito integrado personalizado para realizar essas medições, em que uma membrana de célula artificial e um canal iônico são fixados diretamente à superfície do chip amplificador.

Os resultados são descritos em um artigo publicado online em 1º de maio, 2013, no Nano Letras .

"Os cientistas têm medido canais de íon único usando grandes sistemas eletrônicos montados em rack nos últimos 30 anos, "diz Jacob Rosenstein, o autor principal do artigo. Rosenstein era um aluno de doutorado em engenharia elétrica na Escola na época em que este trabalho foi feito, e agora é professor assistente na Brown University. "Ao projetar um amplificador microeletrônico personalizado e integrar firmemente o canal de íons diretamente na superfície do chip do amplificador, somos capazes de reduzir capacitâncias parasitas que atrapalham as medições rápidas. "

"Este trabalho se baseia em outros esforços em meu laboratório para estudar as propriedades de moléculas individuais usando eletrônicos personalizados projetados para esse fim, "diz Ken Shepard, professor de engenharia elétrica da Escola e conselheiro de Rosenstein. O grupo Shepard continua a encontrar maneiras de acelerar essas medições de molécula única. "Em alguns casos, " ele adiciona, "podemos ser capazes de acelerar as coisas um milhão de vezes mais rápido do que as técnicas atuais."