新式晶體管能傳輸質(zhì)子流 有望開發(fā)新設(shè)備

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(zhì)子來傳輸信號(hào)并執(zhí)行任務(wù)。據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，華盛頓大學(xué)材料科學(xué)家制造出一種能傳輸質(zhì)子流的新式晶體管，有望開發(fā)出和生物體直接溝通聯(lián)系的設(shè)備。該研究發(fā)表在本周的在線雜志《自然·通信》上。

在體內(nèi)，質(zhì)子處于“開”或“關(guān)”兩種狀態(tài)，其在生物能量轉(zhuǎn)移中至關(guān)重要，可通過細(xì)胞膜中的離子開關(guān)通道，把物質(zhì)吸進(jìn)或推出細(xì)胞;動(dòng)物和人則用離子傳輸大腦和肌肉信號(hào)來保持靈活運(yùn)動(dòng)。那些能與人體生理過程相連的設(shè)備，可用來開發(fā)生物傳感器或義肢。但通常，這些設(shè)備都是用帶負(fù)電荷的電子來通訊，而非質(zhì)子或離子。

如何讓一臺(tái)機(jī)器和一個(gè)生命系統(tǒng)兼容，這二者間的接口是最大的挑戰(zhàn)。“怎樣才能把電子信號(hào)轉(zhuǎn)化為離子信號(hào)，或反過來?”論文領(lǐng)導(dǎo)作者、華盛頓大學(xué)材料科學(xué)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(dǎo)質(zhì)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)，最初從魷魚骨中提取，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(zhì)子方面效果顯著，能吸水而形成許多氫鍵，由此質(zhì)子能從一個(gè)氫鍵跳到另一個(gè)。他們還用電荷傳輸計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠很好地吻合。

研究人員制作的樣品設(shè)備仿照了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，寬約5微米，是人類發(fā)絲的1/20，包括一個(gè)柵極(gate)、一個(gè)漏極(drain)和一個(gè)源終端 (source terminal)，但它傳輸?shù)膮s是質(zhì)子流脈沖。“在我們的設(shè)備中，生物激發(fā)分子能移動(dòng)質(zhì)子，質(zhì)子流可以被打開或關(guān)閉。這種方式完全能比擬任何其他的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的電子流。”羅蘭蒂說。

關(guān)于這種晶體管的應(yīng)用，羅蘭蒂說，在下個(gè)10年左右很可能出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室用的細(xì)胞直接傳感器。目前的質(zhì)子流樣品設(shè)備有一個(gè)硅基，不能用在人體中。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，可能會(huì)有能直接植入生物體內(nèi)的兼容設(shè)備，監(jiān)控甚至控制特定的生物過程。