Miniatyriseringen av elektronik fortsätter att skapa oöverträffade möjligheter i dator- och kommunikationsapplikationer, möjliggör handhållna trådlösa enheter med enastående datorprestanda som arbetar på batteri. Samma miniatyrisering av elektroniska system skapar också nya möjligheter inom bioteknik och biofysik.

Ett team av forskare vid Columbia Engineering har använt miniatyriserad elektronik för att mäta aktiviteten hos enskilda jonkanalproteiner med tidsmässig upplösning så fin som en mikrosekund, producerar de snabbaste inspelningarna av enstaka jonkanaler som någonsin gjorts. Jonkanaler är biomolekyler som låter laddade atomer flöda in och ut ur celler, och de är en viktig arbetshäst i cellsignalering, avkänning, och energi. De undersöks också för nanopore-sekvenseringstillämpningar. Som "transistorer" av levande system, de är målet för många droger, och förmågan att utföra så snabba mätningar av dessa proteiner kommer att leda till ny förståelse av deras funktioner. Forskarna har designat en anpassad integrerad krets för att utföra dessa mätningar, där ett artificiellt cellmembran och en jonkanal är fästa direkt på ytan av förstärkarchippet.

Resultaten beskrivs i en tidning publicerad online den 1 maj, 2013, i Nanobokstäver .

"Forskare har mätt enstaka jonkanaler med hjälp av stora rackmonterade elektroniska system under de senaste 30 åren, säger Jacob Rosenstein, huvudförfattaren på tidningen. Rosenstein var doktorand i elektroteknik vid skolan vid den tidpunkt då detta arbete utfördes, och är nu biträdande professor vid Brown University. "Genom att designa en anpassad mikroelektronisk förstärkare och tätt integrera jonkanalen direkt på förstärkarens chipyta, vi kan minska strökapacitanser som står i vägen för att göra snabba mätningar."

"Detta arbete bygger på andra ansträngningar i mitt laboratorium för att studera egenskaperna hos enskilda molekyler med hjälp av anpassad elektronik designad för detta ändamål, " säger Ken Shepard, professor i elektroteknik vid skolan och Rosensteins rådgivare. Shepard-gruppen fortsätter att hitta sätt att påskynda dessa enmolekylmätningar. "I vissa fall, " han lägger till, "vi kanske kan snabba upp saker och ting till att vara en miljon gånger snabbare än nuvarande teknik."