På Chalmers fokuserar forskarna framför allt på att använda levande celler i informationsteknik, att utveckla enmolekylselektronik samt att ta fram nya tillverkningsscheman och komplex men extremt liten elektronisk utrustning.
 
Biologiska komponenter och komponenter som efterliknar biologin har förmågan till självmontering och att själva organisera sig med oerhörd precision. Biologiska system har också förmågan att hantera enorma datamängder med höga hastigheter.
 
Att biokomponenter dessutom är mycket små, med volymer i zepto- till femtoliterstorlek och diametrar i nanometerstorlek, är ingen nackdel nu när mikroelektroniken blivit så liten att den är kompatibel med enstaka biomolekyler.
 
På Chalmers jobbar forskarna bland annat med att skapa bioelektroniska gränssnitt för att möjliggöra massiv parallell kommunikation via utbyte av elektroner, fotoner och kemiska signaler på kemiskt och nanotekniskt modifierade ytor som kisel. Ytorna fungerar som konstgjorda synapser för kommunikation mellan substrat och celler. Synapser är gränssnittet mellan två nervceller där utbyte av information sker via molekyler som diffunderar mellan cellerna.
 
Att Chalmersforskarna ligger i forskningsfronten visar inte minst de artiklar som de under de senaste åren publicerat i de välrenommerade vetenskapliga tidskrifterna Nature och Science. I Nature beskrivs ett komplext tvådimensionellt neuralt nätverk, en förenklad version av en tvådimensionell hjärna.
 
Sensor och beräkningsmaskin
 
Riktiga neurala nätverk har främst två tillämpningar. Dels som sofistikerade nätverksensorer där enskilda celler i nätverket differentierats till en specifik uppgift, vilket i slutändan ger ett processat resultat vid givet indata. Dels kan neurala nätverk tränas att utföra uppgifter, så att de kan användas i "beräkningssammanhang" kopplade till traditionell elektronik.
 
Denna förmåga skulle underlätta komplicerade uppgifter som mönsterigenkänning. Neuronala nätverk har också förmågan att associera, så att ofullständig information kan användas och ändå ge kompletta svar.
 
Nätverket som Chalmersforskarna skapat består av nano- till mikrometerstora biologiska fosfolipidcontainrar som kan användas för att studera kemiska reaktioner. Containrarna kan också tilldelas olika kemiska egenskaper och därmed genomföra sinsemellan olika uppgifter. De förbinds med nanotuber, som också består av fosfolipid, och som kan transportera material. Lipider som innehåller fosfor, förekommer naturligt i membranen i kroppens celler och har en vattenlöslig och en vattenavstötande ände. Fosfolipiderna kan ha olika funktioner i utbytet mellan cellen och dess omgivning, beroende på hur respektive ände ser ut.
 
Genom att nätverket placeras på en kiselskiva är målet att man ska kunna styra transporten mellan containrarna med hjälp av elektriska impulser. Visionen är att detta ska utföras med levande celler i äkta neurala nätverk, men även att ovan nämnda containrar, ihopkopplade med nanotuber, skulle kunna användas som förenklade neurala nätverk.
 
Det handlar om små strömmar, på piko- till nanoampere, för att sköta kommunikationen mellan chips och container.
 
- Vi har inte riktigt bilden klar än exakt hur det ska utföras, men det är tänkt så att en elektrod ska föras in i varje vesikel eller cell i nätverket. Sen lägger man en potential över de elektroder som är aktuella, det vill säga mellan vilka man vill ha transport. Som det ser ut nu drivs transporten av elektroforetisk förflyttning genom nanotuberna, berättar Cecilia Farre.
 
Vandrar olika fort
 
Själv har hon främst varit sysselsatt med att utforska så kallade encelliga biosensorer och hon försvarar sin avhandling den 19 december. Bland annat har hon varit med om att utveckla metoder för att detektera syntetiska (utifrån tillförda) och endogena (naturligt förekommande) ämnen i celler genom att separera dem med hjälp av kapillärelektrofores.
 
Elektrofores är en metod för att åtskilja och karaktärisera ämnen som enzymer, proteiner, nukleinsyror och småpartiklar, som exempelvis virus. Principen är att laddade partiklar vandrar olika snabbt i ett elektriskt fält beroende på nettoladdning. Beroende på vilket medium de transporteras i kan också deras storlek ha betydelse.
 
Cecilia Farre och hennes kollegor har dragit nytta av att förhållandet mellan ytladdning och friktionsmotstånd varierar mellan olika ämnen. När ett ämne når detektorcellen binder det till och aktiverar jonkanaler i cellens membran. Joner transporteras då över cellmembranet genom jonkanalerna och orsakar därmed en ström som mäts med hjälp av en teknik som kallas patch-clamp.
 
Om den kunde integreras på kislet så att tusentals celler kunde användas för detektion samtidigt, istället för tre till fyra stycken som idag, så skulle cellbaserad detektion, kunna användas för att screena olika sjukdomstillstånd hos celler och för att hitta mediciner för att motverka dessa. De skulle också kunna användas för att studera cellkommunikation i ett nätverk av celler.
 
Tillsammans med kollegorna jobbar Cecilia Farre också med att utveckla tekniker för permeabilisering av enskilda celler och liposomer. Genom att kombinera dessa tekniker med genetisk identitet hos celler eller nätverk kan man skräd