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電子學(xué)和生物學(xué)重新整合,直接響應(yīng)環(huán)境的混合生物晶體管問世
你的手機(jī)微處理器芯片中,其實(shí)裝有超過150億個(gè)微型晶體管。晶體管由硅、金和銅等金屬以及絕緣體制成,它們共同吸收電流并將其轉(zhuǎn)換為1和0,以傳輸和存儲(chǔ)信息。晶體管材料是無機(jī)的,基本上來自巖石和金屬,但現(xiàn)在美國塔夫茨大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在制造晶體管時(shí)首次用生物絲取代了絕緣材料。研究成果發(fā)表在新一期《先進(jìn)材料》上。
混合生物晶體管會(huì)響應(yīng)環(huán)境中的氣體和其他分子而改變其電子行為。圖片來源:塔夫茨大學(xué)
絲素蛋白(絲纖維的結(jié)構(gòu)蛋白)可精確沉積在材料表面上,并可輕松地用其他化學(xué)和生物分子進(jìn)行修飾以改變其特性。以這種方式功能化的絲綢,可檢測身體或環(huán)境中的多種成分。
該團(tuán)隊(duì)首次演示的原型設(shè)備,是一種使用混合晶體管制作的高靈敏度且超快的呼吸傳感器,用于檢測濕度的變化。對(duì)絲層的進(jìn)一步修改,可使設(shè)備能檢測一些心血管和肺部疾病以及睡眠呼吸暫停,或者檢測呼吸中的二氧化碳水平以及其他氣體和分子,從而提供診斷信息;與血漿一起使用,設(shè)備還可提供有關(guān)氧合和葡萄糖水平、循環(huán)抗體等的信息。
在生物混合晶體管中,絲層用作絕緣體,當(dāng)它吸收水分時(shí),它就像凝膠一樣攜帶其中包含的任何離子(帶電分子)。柵極通過重新排列絲凝膠中的離子來觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài)。通過改變絲中的離子成分,晶體管的操作會(huì)發(fā)生變化,從而允許它被0到1之間的任何門值觸發(fā)。
團(tuán)隊(duì)表示,這一研究開辟了一種電子學(xué)和生物學(xué)整合的新方式,未來或有許多重要應(yīng)用。
總編輯圈點(diǎn):
未來電子學(xué)和生物學(xué)的融合是什么樣?會(huì)像鋼鐵俠和他的AI助手賈維斯一樣?還是現(xiàn)在人們都難以想象的賽博朋克義體?我們可以更實(shí)際一點(diǎn):本文中,在科學(xué)家改造后,絲綢擁有了數(shù)十億個(gè)經(jīng)生物過程重新配置連接的晶體管節(jié)點(diǎn),其實(shí)現(xiàn)了微處理器的作用,正類似于AI中使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。不久的將來,人們或可擁有能夠自我訓(xùn)練、響應(yīng)環(huán)境信號(hào)并直接在晶體管中記錄內(nèi)存,而不用再將信號(hào)發(fā)送到單獨(dú)存儲(chǔ)器的集成電路——這對(duì)我們身邊電子產(chǎn)品的改進(jìn),將是翻天覆地的。
編輯:馬嘉悅