Инженеры отказались от концепции статичного сенсора. Новое устройство непрерывно трансформирует собственную геометрию за счет внутренних химических реакций. Внутри микроскопического канала (шириной в несколько миллиардных долей метра) без внешнего управления запускается цикл: электрические импульсы провоцируют накопление и последующее растворение минеральных отложений. Нанопора самостоятельно пульсирует, то расширяясь, то сужаясь, генерируя ритмичные сигналы тока.
Когда сквозь эту динамическую среду проходят нуклеотиды или аминокислоты, они выступают катализаторами, изменяя ход химической эволюции самой поры. Каждая молекула оставляет уникальный электрический отпечаток, зависящий от текущего состояния системы. По сути, сенсор обладает кратковременной памятью: его реакция определяется не только тем, что находится внутри прямо сейчас, но и тем, что проходило мгновение назад.
«Различные молекулы по-разному меняют размер, длительность и время возникновения электрических импульсов, оставляя уникальные сигнатуры, – поясняет ведущий автор исследования Томодзи Каваи. – Поскольку сигнал зависит от недавней памяти нанопоры, устройство ведет себя как запоминающий, химически активный датчик».
Для расшифровки этого сложного языка материи исследователи применили алгоритмы машинного обучения. Искусственный интеллект успешно проанализировал зависимости сигналов от состояния и четко различил все четыре типа нуклеотидов ДНК. Более того, технология позволила идентифицировать смеси из семи различных аминокислот без какого-либо ручного вмешательства оператора. Это открывает путь к созданию полностью автономных лабораторий на чипе, способных проводить сложнейшие биохимические анализы в реальном времени.
