Техника - молодёжи 1985-05, страница 50

ства способны преобразовывать энергию самых различных видов — химическую, механическую, световую, электрическую, причем в ряде случаев возможно обратное ее преобразование, что позволяет использовать одни и те же биопреобразователи для разных измерений.

Короче говоря, на органические «рельсы» можно перевести почти все основные агрегаты вычислительной машины. Как это выглядит в действительности?

В биологической ЭВМ сверхчувствительные датчики-преобразователи являются источником входной информации. О том, какие виды энергии им доступны, нам уже известно. Добавим к этому, что коэффициент полезного действия их чрезвычайно высок и иногда близок к 100%. Биодатчики могут реагировать на самые разные вещества, демонстрируя необычайную чувствительность, улавливая в окружающей среде буквально отдельные молекулы. Такой средой могут быть воздух, вода, растворы, прочие жидкости. К тому же они «живучи», то есть обладают повышенной устойчивостью к физико-химическим воздействиям.

— Работы по созданию биопреобразователей уже миновали стадию эмпирического поиска, — говорит Г. Р. Иваницкий. — Сегодня благодаря успехам молекулярной биофизики можно конструировать датчики с нужными нам свойствами, избирательностью и высокой чувствительностью.

Что же собой представляют подобные биопреобразователи? Мы привыкли считать, что белок — нечто чрезвычайно неустойчивое, подвижное, быстроразлагающееся... А между тем его можно получить и в кристаллическом виде или «посадить» на устойчивый носитель. Белки и ферменты присоединяют к специальным подложкам из бумаги, полистирола, нейлона, стекла, металла, после чего с ними легко и удобно работать. К таким подложкам можно присоединять даже колонии микроорганизмов! Исследования, проведенные в Институте биофизики АН СССР, показали, что по ряду показателей молекулу глобулярного (как бы свернутого в шарик) белка можно считать твердым телом с механическими характеристиками как у оргстекла или эбонита. А разница только в том, что молекула белка — это конструкция, упругость которой различна в разных направлениях. 8ная это, можно конструировать так называемые хемомеханические датчики.

Допустим, что на «вход» ЭВМ, следящей за ходом какого-нибудь технологического процесса, поступают определенные химические ве

щества, подлежащие обнаружению и анализу. Датчик должен зарегистрировать их концентрацию и выдать определенный сигнал. При этом молекулы иммобилизованного, присоединенного к подложке белка, улавливая молекулы или атомы других веществ, меняют свои размеры — расширяются или сжимаются, что легко фиксируется. Затем датчик «отмывается», сбрасывает присоединенное вещество и возвращается в исходное положение.

Белок можно заставить изменить свою геометрию не только с помощью химических методов. Вспомним знаменитый волосяной психрометр. Обыкновенный конский волос прикрепляется к стрелке, натягивается, и, как только влажность или температура воздуха меняется, фибриллярный белок каротин, из которого состоит волос, изменяет свои размеры — стрелка отклоняется...

Есть у белков и другая особенность. При некоторых окислительных реакциях с участием ферментов (тоже белкоэ) они начинают светиться. Явление это называют биолюминесценцией. Изучено оно еще недостаточно, но многое уже известно. Можно, например, использовать в качестве рабочего тела датчика фермент люциферазу, которая реагирует с самыми различными белковыми соединениями. В зависимости от концентрации />елка интенсивность свечения меняется, ее можно регистрировать. Таким способом уже анализируют десятки соединений, участвующих в обменных процессах живой клетки. Очищенная люцифераза и реагенты для биолюминесцентных анализов нужны прежде всего в медицинской диагностике. Можно представить себе, как с помощью набора биолюминесцентных датчиков, соединенных с ЭВМ, врач, быстро проведя обширнейшее обследование больного, тут же ставит диагноз. Его выводы основываются на точных данных о функционировании организма, к тому же от ЭВМ поступят необходимые дополнительные сведения...

Чувствительность биолюминесцентных датчиков при обнаружении некоторых веществ очень высока. И если на одну подложку нанести не только люциферазу, но и другие, сопряженные с нею ферменты, такой «слоеный» датчик станет универсальнее, а это значит, что его можно будет использовать не только в медицине, но и в других областях научных исследова- ¹ ний. Промышленности не придется каждый раз «подгонять» свою продукцию под требования заказчика, а посему выпускаемые ею биопреобразователи будут недорогими, что удешевит и био-ЭВМ.

МОЗГ КОМПЬЮТЕРА — ПРОЦЕССОР

Ведь именно здесь совершается таинство обработки информации. Здесь она раскладывается на составные части, преобразуется, синтезируется вновь. Какие перспективы сулит нам биологизация этого агрегата? Может быть, имеет смысл встроить в него некое подобие нервной системы?

— Известно, — говорит Г. Р. Иваницкий, — что скорость распространения нервного импульса по аксону равна примерно 20 м/с. Длительность импульса возбуждения — около 3 мс плюс рефрактерный «хвост», приблизительно в два раза превосходящий по времени сам импульс. Получается, что быстродействие вычислительного устройства на нейронной сети составляет не более 10² операций в секунду, тогда как у существующих сегодня микропроцессоров этот показатель уже превысил 10^е. В ближайшее время мы ждем появление ЭВМ с производительностью выше 10^е, а к началу следующего столетия она достигнет 10¹² операций в секунду!

И все оке при определенных условиях — а именно при переходе на молекулярный уровень организации — биокомпьютер вполне способен конкурировать с любой цифровой ЭВМ. 8а счет чего? Специалисты знают, что аппарат математической физики приспособлен

Рис. Валерия Л о т о в а

Схема работы белкового хемоме-ханического биопреобразователя: 1 — молекула белка; 2 — новалент-ные сшивки; 3 — молекула «постороннего» вещества, на появление которой реагирует датчик, изменяя свои размеры.

46