Слово «чип» теперь известно многим. Сначала оно появилось в электронике для обозначения маленькой кремниевой пластинки, подложки, на которой собрано множество микроскопических деталек: диодов, транзисторов, резисторов и др. Вместе они образуют интегральную микросхему, или чип.

«Лаборатория на чипе» – так с чьей-то легкой руки стали называть действительно лабораторию, но очень маленькую, с деталями наноскопических размеров.

Сколько раз в течение жизни человеку приходится обращаться к врачам и делать различные анализы! Это отнимает много времени, хлопотно, а подчас и дорого. Лаборатории, где эти анализы проводят, занимают просторные помещения, заполненные мебелью, приборами, специальным оборудованием. Но если при помощи нанотехнологий уменьшить размеры лаборатории в миллион раз и при этом автоматизировать выполнение анализов, то все пойдет иначе, а врачи получат удобную, быстродействующую «лабораторию на чипе».

Первые такие лаборатории имели размер почтовой марки. На этой площадке находился ряд ячеек, заполненных образцами для анализа. Наноскопические связи соединяли их с другими частями лаборатории.

В отличие от электронных микросхем, эти связи – не только провода, но и тончайшие трубопроводы, идущие к микроскопическим резервуарам, биологическим и химическим приборам. У них много функций: они смешивают, разделяют, анализируют. Надо было придумать, как перекачивать жидкости по сверхтонким трубочкам и канальчикам. Насосы, даже самые крохотные, были для чипа слишком велики. Точно так же, как и двигатели, клапаны и прочие механизмы.

Интегральная микросхема, или чип

Поэтому вместо них используются иные способы перекачки, распределения, регулирования, способы, основанные на таких явлениях, как электрофорез и электроосмос. Жидкости при этом перемещаются, перекачиваются под воздействием электрического поля.

В одном из американских университетов разработана «лаборатория на чипе», в которой содержится около тысячи ячеек-анализаторов и разнообразная аппаратура. Все это на пластинке площадью в один квадратный сантиметр. Лаборатория позволяет быстро и совершенно автоматически выявить заболевание на его ранней стадии, провести анализ ДНК – носителя наследственной информации – и установить родство, проверить уровень сахара в крови и многое другое. Чтобы выполнить одновременно сотни анализов, требуется не более получаса.

Есть разные нанолаборатории. Например, для выявления различных ядов. Есть лаборатории, предназначенные для использования в полевых условиях, на войне. Задача их – проверить, не применил ли противник бактериологическое оружие. Чувствительность чипа очень высока. Достаточно присутствия в пробе 10 бактерий, чтобы приборы почувствовали их. В одном из опытов лаборатория обнаружила инфекцию, когда в пробе находился всего один-единственный вирус!

«Лаборатории на чипе» незаменимы там, где мало места или куда невозможно вызвать врача, например, на космических кораблях и орбитальных станциях. Недалеко то время, когда такую нанолабораторию будет иметь при себе каждый врач. Тогда ему не придется посылать пациента на анализы. Он сам в считанные минуты сделает нужный ему для точной диагностики анализ и назначит лечение.