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公司動態(tài)

美制造出可傳輸質子流的新式晶體管

閱讀:434發(fā)布時間:2011-9-26

本報訊人類的各種用電器,從電燈泡到iPod都是通過電子來傳輸信息,而人體和其他生物自身卻是用離子和質子來傳輸信號并執(zhí)行任務。據美國物理學家組織網9月20日報道,華盛頓大學材料科學家制造出一種能傳輸質子流的新式晶體管,有望開發(fā)出和生物體直接溝通的設備。該研究發(fā)表在本周的在線雜志《自然•通信》上。
在體內,質子處于“開”或“關”兩種狀態(tài),其在生物能量轉移中至關重要,可通過細胞膜中的離子開關通道,把物質吸進或推出細胞;動物和人則用離子傳輸大腦和肌肉信號來保持靈活運動。那些能與人體生理過程相連的設備,可用來開發(fā)生物傳感器或義肢。但通常,這些設備都是用帶負電荷的電子來通訊,而非質子或離子。
如何讓一臺機器和一個生命系統(tǒng)兼容,這二者間的接口是zui大的挑戰(zhàn)。“怎樣才能把電子信號轉化為離子信號,或反過來?”論文領導作者、華盛頓大學材料科學與工程副教授馬科•羅蘭蒂說,“我們發(fā)現(xiàn)了一種生物兼容材料,非常適于傳導質子,很有可能成為連接生命系統(tǒng)的接口。”
這種材料是一種改良的殼聚糖(chitosan),zui初從魷魚骨中提取,也能從食物加工廠丟棄的蟹殼和魷魚骨中回收利用。研究人員發(fā)現(xiàn),它在傳輸質子方面*,能吸水而形成許多氫鍵,由此質子能從一個氫鍵跳到另一個。他們還用電荷傳輸計算機模型進行了驗證,與實驗結果能夠很好地吻合。
研究人員制作的樣品設備仿照了一種場效應晶體管,寬約5微米,是人類發(fā)絲的1/20,包括一個柵極(gate)、一個漏極(drain)和一個源終端(source terminal),但它傳輸的卻是質子流脈沖。“在我們的設備中,生物激發(fā)分子能移動質子,質子流可以被打開或關閉。這種方式完比擬任何其他的場效應晶體管中的電子流。”羅蘭蒂說。
關于這種晶體管的應用,羅蘭蒂說,在下個10年左右很可能出現(xiàn)實驗室用的細胞直接傳感器。目前的質子流樣品設備有一個硅基,不能用在人體中。但從長遠來看,可能會有能直接植入生物體內的兼容設備,監(jiān)控甚至控制特定的生物過程。
 


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