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未来的生物芯片将可能塞进你的细胞里

2015-12-17 17:43
Hsiao Chen
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  研究员称,他们第一次开发出了一种由与燃料活细胞相同的富含能量的分子驱动的微芯片。这一进步标志着有朝一日可将设备植入到细胞内,并获取生物能量来驱动设备。

  三磷酸腺苷分子(ATP)储存化学能量,并且在细胞内部将能量从产生地运输到消耗地。这种新型微芯片依赖于被称之为钠-钾磷酸腺苷合成酶的酶类。这种分子会分解ATP,使之释放能量,并利用这些能量将钠、钾离子穿透细胞膜,从而产生电位差。

  该研究第一作者Ken Shepard说道:“在生命系统中,离子泵是类似电子的组成。”他也是哥伦比亚大学的电子工程师,和他的同事们在12月7日版的《自然通讯》上详述了他们的发现。

  研究员们将猪脑中提取的钠-钾磷酸腺苷合成酶嵌入到了人工脂肪膜中,在这块膜上,每平方毫米里就有超过200万个这样的分子,大约是哺乳动物神经纤维上这种分子密度的5%。

  这些离子泵产生了约78毫伏的电位差。两块这样的细胞膜上的“生物细胞”就能够提供足够的电压来启动一块CMOS集成电路。这种离子泵的化学能-电能转换效率大约为14.9%。

  Shepard说道:“这些离子泵产生了电场,能够用来驱动一个固态系统。”

  由于ATP仅在细胞内出现,而从未在血液中发现过,Shepard因此警告到这种新系统并不适用于传统的植入式医疗装置,比如心脏起搏器。

  但他也说道:“然而,这样的系统足以使我们将植入物做的足够小从而可以植入到细胞内。固态材料已经用于纳米粒子中,来提供不同的治疗方法和成象目标,但这些都仅仅只是无源性材料。我们的想法是制造出某种有能力计算和行动,有能力决策并在某些方面执行决策的东西。”

  Shepard认为,未来的研究也可能会将膜蛋白纳入到电子中,比如那些对味觉和嗅觉有作用的膜蛋白。“会有很多种方式将固态系统和细胞生物装置组合到一起的。”

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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