科學家創造出由“細胞”驅動的晶體管

據近期《納米快報》報道，科學家們在一個類細胞膜內植入了一個納米尺寸的晶體管，該晶體管可由“細胞”內部的燃料進行驅動。此項研究將可用于創造出新型人機接口，植入設備可傳達細胞膜內與疾病相關蛋白的內部工作信息，并最終創造出可讀取甚至影響大腦或神經細胞的新方法。
　　論文作者之一、美國加州大學科學家亞歷山大·諾伊表示，該設備堪稱是生物學與電子學結構的“天作之合”。“我們能提取蛋白這種真實的生物學機器，使其成為可正常工作的電子電路的一部分”。
　　為了創建植入電路，加州大學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最常用的硅材料。然后，科學家用脂質雙層對碳納米晶體管進行包覆，脂質雙層是細胞用以將其內部和外部環境隔離開的油性分子雙層，不過，科學家并沒有使用真正的細胞膜。
　　研究人員為這個基本細胞結構添加了一個離子泵，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“細胞”內的電荷，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行測量和監測。
　　在研究人員最初創建的設備中，這個生物泵可對人工晶體管進行驅動。在未來，該設備也許能按照完全相反的情況工作，即一個外部電流可對泵進行供電，并改變離子被泵入或泵出“細胞”的速度。
　　研究人員表示，該項研究成果或將產生重大影響。例如，今后將無需使用藥物來阻斷各種藥物或神經遞質的釋放或攝入，科學家只需改變電力來調整離子泵，即可改變細胞內或細胞外的藥物或分子數量。
　　此前曾有研究小組嘗試這種人機混合研究，但從未達到過如此緊密的關系。在大多數常見病癥中，植入晶體管有助于減緩病情，但有一些卻是有毒的。許多化學物質會穿透細胞膜，引起細胞內部流體或細胞質的泄漏，從而導致細胞出血乃至死亡。還有些毒素會破壞細胞內的離子平衡，這會引起癱瘓和其他病癥。
　　研究人員稱，如果細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到過的緊密聯系。