用細胞內生物能量驅動的晶片問世
- 發佈時間：2015-12-09 03:31:46 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京12月8日電 （記者陳丹）三磷酸腺苷（ATP）是生物細胞維持生命活動的直接能量來源，美國哥倫比亞大學的研究團隊卻首次用這種生物能量來驅動晶片。他們將一個傳統的固態互補金屬氧化物半導體（CMOS）積體電路同一個帶有ATP供電離子泵的人工脂質雙層膜結合在了一起。這項發表在7日《自然通訊》網路版的最新研究為創建同時包含生物和固態組件的全新人工系統打開了大門。
團隊負責人、哥倫比亞大學工程與應用科學學院電氣工程和生物醫學工程教授肯·謝潑德指出，CMOS固態電子器件無法複製生命系統所具有的特定自然功能，比如味覺和嗅覺，也無法利用生物化學能源；生命系統則基於脂膜以及離子通道和泵，構建了自己的“生物電晶體”，用離子來運載能量和資訊。
研究團隊為CMOS積體電路裝上了一塊ATP“生物電池”。有了ATP，這個新系統能夠泵送離子穿過膜，從而産生可被積體電路所用的電勢。他們製造了一個宏觀尺度的系統原型，規模約為幾毫米，來驗證其是否能正常工作。謝潑德説，研究結果幫助他們確定了在何種條件下可以使ATP的利用效率最大化，接下來他們將考慮怎樣才能縮小這個新系統的規模。
儘管其他研究小組已經能夠採集來自生命系統的能量，但謝潑德團隊探索的是如何在分子水準上做到這一點，只將所需的功能分隔出來，然後整合到電子器件上。他解釋説，就這個項目而言，他們並不需要整個細胞，而只是分離出ATP酶，這些蛋白質讓他們能夠從ATP獲取能量。
這種將固態電子組件與生物組件的功能結合在一起的系統應用潛力很大。該團隊領導這項研究的博士研究生賈裏德·羅斯曼説，通過適當地縮放，該技術可以為ATP豐富的環境，如活細胞內的植入系統提供電源。
總編輯圈點
細胞利用能量的效率是很高的，即使精細的積體電路也相形見絀，關鍵就靠三磷酸腺苷。如今，人造系統追趕了上來，用的也是三磷酸腺苷。新式生物供電器的問世，不但可讓晶片在人體內長久工作，還可能催生更高級的奈米機器人，它們會像微生物那樣強韌和活躍。
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