科学家创造出由“细胞”驱动的晶体管

据近期《纳米快报》报道，科学家们在一个类细胞膜内植入了一个纳米尺寸的晶体管，该晶体管可由“细胞”内部的燃料进行驱动。此项研究将可用于创造出新型人机接口，植入设备可传达细胞膜内与疾病相关蛋白的内部工作信息，并最终创造出可读取甚至影响大脑或神经细胞的新方法。  

论文作者之一、美国加州大学科学家亚历山大・诺伊表示，该设备堪称是生物学与电子学结构的“天作之合”。“我们能提取蛋白这种真实的生物学机器，使其成为可正常工作的电子电路的一部分”。

为了创建植入电路，加州大学研究人员使用了几乎在所有手机和电脑上都有的一个简易晶体管，还使用了被称为下一代材料的碳纳米管来取代最常用的硅材料。然后，科学家用脂质双层对碳纳米晶体管进行包覆，脂质双层是细胞用以将其内部和外部环境隔离开的油性分子双层，不过，科学家并没有使用真正的细胞膜。

研究人员为这个基本细胞结构添加了一个离子泵，这个生物器件可将带电的钙、钾或其他元素原子泵入或泵出“细胞”。然后，研究人员添加了腺苷三磷酸溶液为离子泵提供燃料。离子泵可改变“细胞”内的电荷，从而改变通过晶体管的电荷，研究人员藉此可对这些电荷进行测量和监测。

在研究人员最初创建的设备中，这个生物泵可对人工晶体管进行驱动。在未来，该设备也许能按照完全相反的情况工作，即一个外部电流可对泵进行供电，并改变离子被泵入或泵出“细胞”的速度。

研究人员表示，该项研究成果或将产生重大影响。例如，今后将无需使用药物来阻断各种药物或神经递质的释放或摄入，科学家只需改变电力来调整离子泵，即可改变细胞内或细胞外的药物或分子数量。

此前曾有研究小组尝试这种人机混合研究，但从未达到过如此紧密的关系。在大多数常见病症中，植入晶体管有助于减缓病情，但有一些却是有毒的。许多化学物质会穿透细胞膜，引起细胞内部流体或细胞质的泄漏，从而导致细胞出血乃至死亡。还有些毒素会破坏细胞内的离子平衡，这会引起瘫痪和其他病症。

研究人员称，如果细胞能按需泵入或泵出离子，将有助于治疗特殊病症。虽然基于此项技术的实际治疗尚需时日，但新研究在生命和机器之间建立起了从未曾达到过的紧密联系。