Et medisinsk laboratorium på én brikke

Motorola skal i samarbeid med amerikanske og russiske forskningsinstitusjoner utvikle en brikke som skal kunne stille medisinske diagnoser. Slike apparater er en gjenganger i flere kjente science fiction-serier.

Målet til Motorolas Bio-Chip Systems-avdeling er å bygge biobrikker og systemer som benytter slike brikke ved hjelp av tradisjonell kunnskap om halvledere. Bio-Chip Systems-avdelingen består av spesialister innen elektronikk, biokjemi og biologi.

- Vi krymper et helt kjemilaboratorium ned på én brikke, sier leder ved avdelingen, Nicolas Naclerio til EE Times.

Ifølge det teknologiorienterte tidsskriftet ventes informasjonen brikkene kan fremskaffe ha stor betydning for den medisinske pleien om fire til fem år. Den åpner for en helt ny disiplin innen medisinen, molekylær diagnose, det vil si å angripe sykdommer på en molekylært nivå.

Avdelingen bygger nå en første produksjonslinje ved en av Motorolas produksjonsanlegg i Phoenix, Arizona. Der vil de i løpet av 12 til 18 måneder bygges de prototyper av biobrikken som skal brukes av Motoralas partnere, de fleste pionerer innen molekylær diagnostikk.

Medisinsk trikoder fra Star Trek

Hvor langt tid det deretter vil ta før det kommer et mobilt instrument som legene kan bruke til å avlese resultatene fra brikker, er fortsatt usikkert. Men Naclerio tror at dette apparatet kan bli like et vanlig medisinsk instrument som stetoskop og lommelykt er i dag.

Det er i første omgang snakk om å lage to forskjellige typer brikker.

Biorekkebrikkene bestående av et stort antall små sonder vil kunne lagre molekyler slik som DNA. De skal blant annet kunne utføre en rekke forskjellige samtidige tester for å identifisere genetiske markører som stemmer overens med en viss respons til en ny medisin. Naclerio sammenligner disse brikke med minnebrikker siden de lagrer store mengder av molekylære sonder på samme måte som DRAM-brikker lagrer data.

Den andre typen, mikroflyktige brikker, inneholder ventiler og rør som lagrer væsker for å syntetisere en komponent eller for å lage enkle preparater. Dette er et laboratorium-i-en-brikke-løsning. Naclerio sammenligner de mikroflyktige brikkene med mikroprosessorer fordi de er programmerbare og kan utføre kjemiske prosesser bestående av flere trinn på samme måten som multiprosessorenheter utfører matematiske operasjoner.

Selve diagnosen vil foregå på en måte som likner på den statistiske prosessen som brukes for å forstå problemer forbundet med feilandelen ved produksjon av integrerte kretser. Dette fordi man ser på DNA som en stor samling av informasjon. Molekylene i cellekromosonene lagrer informasjon tilsvarende milliarder av tegn. Maskineriet i cellene kopierer og oversetter så denne informasjonen.

Men til tross for likhetene, silisiumbrikker og biobrikker har avgjørende forskjeller, først og fremst når det gjelder størrelsen og materialtypene som brukes. Mens siliumbrikker i dag kan lages på et detaljnivå på 0,18 mikroner, vil biobrikkene være betydelig grovere fremstilt. Detaljnivået vil kanskje ligge på et sted mellom ti og hundre mikroner. Dette skyldes at så fine geometrier som brukes i silisiumbrikkene blir for små for cellene i menneskekroppen.

Uten å gå i detalj på hva slags materialer som vil brukes i forbindelse med biobrikkene, forteller Naclerio at brikkene vil inneholde endel kjemikalier og enzymer som er sensitive for varme. Disse kjemikaliene brukes i forbindelse med de mange testene som skal utføres i brikkene. I mange tilfeller vil brikkene kunne ødelegges ved temperaturer så lave som 100 grader Celsius.

De som har sett på filmer og TV-serier som Star Trek og Babylon 5, vil gjenkjenne instrumenter som dette. Kanskje framtiden ikke er så langt unna?

Til toppen