قد لا يقتصر مستقبل صناعة الرقائق الإلكترونية على تشغيل الحواسيب والهواتف الذكية؛ بل قد يمتد إلى كتابة الشيفرة الأساسية للحياة نفسها. ففي إنجاز يجمع بين الإلكترونيات والهندسة الوراثية، نجح باحثون من جامعة هارفارد في تحويل شريحة سيليكون إلى منصة قادرة على تصنيع الحمض النووي «دي إن أيه» (DNA) باستخدام الكهرباء والماء، في خطوة قد تجعل إنتاجه أكثر كفاءة واستدامة، وتمهد الطريق لأجهزة صغيرة قادرة على «كتابة» المادة الوراثية خارج المختبرات التقليدية.
وأوضح الباحثون، في دراسة نشرتها دورية «نيتشر إلكترونيكس»، أن الشريحة الجديدة تستطيع تصنيع 64 تسلسلاً مختلفاً من الحمض النووي في وقت واحد، معتمدة على طريقة إنزيمية مائية بدلاً من الكيمياء التقليدية المستخدمة حالياً، والتي تعتمد على مذيبات عضوية خطِرة وتتطلب منشآت صناعية كبيرة.
ويقود الابتكار دونهي هام، أستاذ الهندسة والعلوم التطبيقية في كلية جون بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة هارفارد، حيث تعتمد التقنية على تيارات كهربائية دقيقة تتحكم في التفاعلات الكيميائية داخل كل نقطة تصنيع على سطح الشريحة، بدلاً من استخدام معدات مخبرية معقدة.
ويُعد الحمض النووي الاصطناعي عنصراً أساسياً في تطبيقات حديثة تشمل التشخيص الطبي، والهندسة الوراثية، وأبحاث السرطان، إلا أن الطرق الحالية لإنتاجه تواجه تحديات بيئية بسبب استخدام كميات كبيرة من المذيبات الكيميائية. ويتيح النهج الجديد إجراء عملية التصنيع بالكامل في وسط مائي، بما يحاكي الطريقة الطبيعية التي تبني بها الخلايا الحية الحمض النووي.
وتعمل الشريحة عبر إضافة النيوكليوتيدات، وهي الوحدات الأساسية المكونة للحمض النووي، واحدة تلو الأخرى. وبعد كل خطوة، تُزال مجموعة كيميائية مؤقتة بواسطة بيئة حمضية موضعية تنشئها تيارات كهربائية دقيقة، بينما تمنع أقطاب كهربائية محيطة انتشار التأثير إلى المواقع المجاورة، ما يسمح ببناء عشرات التسلسلات الوراثية بشكل متوازٍ ودقيق.
كما نجح الفريق في استخدام التسلسلات المنتجة لتخزين رسالة نصية صغيرة داخل جزيئات «دي إن أيه»، في استعراض لإمكانات التقنية في مجال تخزين البيانات الحيوية، الذي يُنظر إليه كحل مستقبلي لتخزين كميات هائلة من المعلومات.
ورغم نجاح التجربة، أظهرت محاولات زيادة كثافة مواقع التصنيع أن العقبة الرئيسية لم تعد في الشريحة الإلكترونية نفسها؛ بل في الكيمياء المستخدمة لإزالة المجموعات الواقية أثناء بناء الحمض النووي، وهو ما يراه الباحثون التحدي التالي الذي ينبغي تجاوزه للوصول إلى تصنيع واسع النطاق وصديق للبيئة للحمض النووي.
وأوضح الباحثون، في دراسة نشرتها دورية «نيتشر إلكترونيكس»، أن الشريحة الجديدة تستطيع تصنيع 64 تسلسلاً مختلفاً من الحمض النووي في وقت واحد، معتمدة على طريقة إنزيمية مائية بدلاً من الكيمياء التقليدية المستخدمة حالياً، والتي تعتمد على مذيبات عضوية خطِرة وتتطلب منشآت صناعية كبيرة.
ويقود الابتكار دونهي هام، أستاذ الهندسة والعلوم التطبيقية في كلية جون بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة هارفارد، حيث تعتمد التقنية على تيارات كهربائية دقيقة تتحكم في التفاعلات الكيميائية داخل كل نقطة تصنيع على سطح الشريحة، بدلاً من استخدام معدات مخبرية معقدة.
ويُعد الحمض النووي الاصطناعي عنصراً أساسياً في تطبيقات حديثة تشمل التشخيص الطبي، والهندسة الوراثية، وأبحاث السرطان، إلا أن الطرق الحالية لإنتاجه تواجه تحديات بيئية بسبب استخدام كميات كبيرة من المذيبات الكيميائية. ويتيح النهج الجديد إجراء عملية التصنيع بالكامل في وسط مائي، بما يحاكي الطريقة الطبيعية التي تبني بها الخلايا الحية الحمض النووي.
وتعمل الشريحة عبر إضافة النيوكليوتيدات، وهي الوحدات الأساسية المكونة للحمض النووي، واحدة تلو الأخرى. وبعد كل خطوة، تُزال مجموعة كيميائية مؤقتة بواسطة بيئة حمضية موضعية تنشئها تيارات كهربائية دقيقة، بينما تمنع أقطاب كهربائية محيطة انتشار التأثير إلى المواقع المجاورة، ما يسمح ببناء عشرات التسلسلات الوراثية بشكل متوازٍ ودقيق.
كما نجح الفريق في استخدام التسلسلات المنتجة لتخزين رسالة نصية صغيرة داخل جزيئات «دي إن أيه»، في استعراض لإمكانات التقنية في مجال تخزين البيانات الحيوية، الذي يُنظر إليه كحل مستقبلي لتخزين كميات هائلة من المعلومات.
ورغم نجاح التجربة، أظهرت محاولات زيادة كثافة مواقع التصنيع أن العقبة الرئيسية لم تعد في الشريحة الإلكترونية نفسها؛ بل في الكيمياء المستخدمة لإزالة المجموعات الواقية أثناء بناء الحمض النووي، وهو ما يراه الباحثون التحدي التالي الذي ينبغي تجاوزه للوصول إلى تصنيع واسع النطاق وصديق للبيئة للحمض النووي.
