科學(xué)家創(chuàng)造出由“細(xì)胞”驅(qū)動的晶體管
科學(xué)家們在一個類細(xì)胞膜內(nèi)植入了一個納米尺寸的晶體管，該晶體管可由“細(xì)胞”內(nèi)部的燃料進(jìn)行驅(qū)動。此項研究將可用于創(chuàng)造出新型人機接口，植入設(shè)備可傳達(dá)細(xì)胞膜內(nèi)與疾病相關(guān)蛋白的內(nèi)部工作信息，并zui終創(chuàng)造出可讀取甚至影響大腦或神經(jīng)細(xì)胞的新方法。
論文作者之一、美國加州大學(xué)科學(xué)家亞歷山大•諾伊表示，該設(shè)備堪稱是生物學(xué)與電子學(xué)結(jié)構(gòu)的“天作之合”。“我們能提取蛋白這種真實的生物學(xué)機器，使其成為可正常工作的電子電路的一部分”。
為了創(chuàng)建植入電路，加州大學(xué)研究人員使用了幾乎在所有手機和電腦上都有的一個簡易晶體管，還使用了被稱為下一代材料的碳納米管來取代zui常用的硅材料。然后，科學(xué)家用脂質(zhì)雙層對碳納米晶體管進(jìn)行包覆，脂質(zhì)雙層是細(xì)胞用以將其內(nèi)部和外部環(huán)境隔離開的油性分子雙層，不過，科學(xué)家并沒有使用真正的細(xì)胞膜。
研究人員為這個基本細(xì)胞結(jié)構(gòu)添加了一個離子泵，這個生物器件可將帶電的鈣、鉀或其他元素原子泵入或泵出“細(xì)胞”。然后，研究人員添加了腺苷三磷酸溶液為離子泵提供燃料。離子泵可改變“細(xì)胞”內(nèi)的電荷，從而改變通過晶體管的電荷，研究人員藉此可對這些電荷進(jìn)行測量和監(jiān)測。
在研究人員zui初創(chuàng)建的設(shè)備中，這個生物泵可對人工晶體管進(jìn)行驅(qū)動。在未來，該設(shè)備也許能按照*相反的情況工作，即一個外部電流可對泵進(jìn)行供電，并改變離子被泵入或泵出“細(xì)胞”的速度。
研究人員表示，該項研究成果或?qū)a(chǎn)生重大影響。例如，今后將無需使用藥物來阻斷各種藥物或神經(jīng)遞質(zhì)的釋放或攝入，科學(xué)家只需改變電力來調(diào)整離子泵，即可改變細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的藥物或分子數(shù)量。
此前曾有研究小組嘗試這種人機混合研究，但從未達(dá)到過如此緊密的關(guān)系。在大多數(shù)常見病癥中，植入晶體管有助于減緩病情，但有一些卻是有毒的。許多化學(xué)物質(zhì)會穿透細(xì)胞膜，引起細(xì)胞內(nèi)部流體或細(xì)胞質(zhì)的泄漏，從而導(dǎo)致細(xì)胞出血乃至死亡。還有些毒素會破壞細(xì)胞內(nèi)的離子平衡，這會引起癱瘓和其他病癥。
研究人員稱，如果細(xì)胞能按需泵入或泵出離子，將有助于治療特殊病癥。雖然基于此項技術(shù)的實際治療尚需時日，但新研究在生命和機器之間建立起了從未曾達(dá)到過的緊密。
科學(xué)家創(chuàng)造出由“細(xì)胞”驅(qū)動的晶體管
