生物納米電子晶體管有望助義肢與神經(jīng)系統(tǒng)直接“連線”
2010-05-18 14:58:06 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月13日?qǐng)?bào)道，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家建造了可由三磷酸腺苷（ATP）驅(qū)動(dòng)和控制的生物納米電子混合晶體管。他們稱，新型晶體管是首個(gè)整合的生物電子系統(tǒng)，其將為義肢等電子修復(fù)設(shè)備與人體的融合提供重要途徑。相關(guān)研究發(fā)布在近期出版的《納米快報(bào)》上。
三磷酸腺苷可作為細(xì)胞內(nèi)能量傳遞的“分子通貨”，儲(chǔ)存和傳遞化學(xué)能，為人體新陳代謝提供所需能量；其在核酸合成中亦具有重要作用。
該實(shí)驗(yàn)室的研究人員亞歷山大·諾伊表示，離子泵蛋白是新型晶體管裝置中最核心的部分。此次開(kāi)發(fā)的晶體管由處于兩個(gè)電極之間的碳納米管組成，起半導(dǎo)體的作用。納米管的末端附有絕緣聚合物涂層，而整個(gè)系統(tǒng)則包裹于雙層油脂膜之中，與活體細(xì)胞膜的原理相似。當(dāng)科學(xué)家將電壓加在電極之上時(shí)，含有三磷酸腺苷、鉀離子和鈉離子的溶液便會(huì)傾瀉而出，覆蓋在晶體管裝置表面，并引發(fā)電極之間電流的流動(dòng)。使用的三磷酸腺苷越多，產(chǎn)生的電流也越強(qiáng)烈。
科學(xué)家解釋說(shuō)，之所以會(huì)產(chǎn)生如此效果，是由于雙層油脂膜內(nèi)的蛋白質(zhì)在接觸三磷酸腺苷時(shí)會(huì)表現(xiàn)得如同“離子泵”一般。在每個(gè)周期中，蛋白質(zhì)會(huì)往一個(gè)方向抽送3個(gè)鈉離子，并向相反方向抽送2個(gè)鉀離子，致使1個(gè)電荷在“離子泵”的作用下越過(guò)雙層油脂膜抵達(dá)納米管之中。隨著離子的不斷累積，其將在納米管中部的周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，從而提升納米晶體管的傳導(dǎo)性。
耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)的伊特瑪·維爾納表示，這一生物電子系統(tǒng)通過(guò)離子運(yùn)動(dòng)將納米層級(jí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為了電能，從而為晶體管的運(yùn)行提供了支持。在這種情況下，晶體管可被用于制造由生物信號(hào)驅(qū)動(dòng)和控制的電子設(shè)備。例如，這一進(jìn)展能使電子儀器不需電池或其他外界電力供給便可永存于體內(nèi)，而義肢等人體修復(fù)器械也有望直接與人體神經(jīng)系統(tǒng)“連線”。諾伊希望，這種技術(shù)將來(lái)能被用于建設(shè)無(wú)縫生物電子界面之中，以實(shí)現(xiàn)生物體和機(jī)器的更好溝通。
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