未來的生物芯片將可能塞進(jìn)你的細(xì)胞里

研究員稱，他們第一次開發(fā)出了一種由與燃料活細(xì)胞相同的富含能量的分子驅(qū)動(dòng)的微芯片。這一進(jìn)步標(biāo)志著有朝一日可將設(shè)備植入到細(xì)胞內(nèi)，并獲取生物能量來驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

三磷酸腺苷分子（ATP）儲(chǔ)存化學(xué)能量，并且在細(xì)胞內(nèi)部將能量從產(chǎn)生地運(yùn)輸?shù)较牡?。這種新型微芯片依賴于被稱之為鈉-鉀磷酸腺苷合成酶的酶類。這種分子會(huì)分解ATP,使之釋放能量，并利用這些能量將鈉、鉀離子穿透細(xì)胞膜，從而產(chǎn)生電位差。

該研究第一作者Ken Shepard說道：「在生命系統(tǒng)中，離子泵是類似電子的組成?！顾彩歉鐐惐葋喆髮W(xué)的電子工程師，和他的同事們?cè)?2月7日版的《自然通訊》上詳述了他們的發(fā)現(xiàn)。

研究員們將豬腦中提取的鈉-鉀磷酸腺苷合成酶嵌入到了人工脂肪膜中，在這塊膜上，每平方毫米里就有超過200萬(wàn)個(gè)這樣的分子，大約是哺乳動(dòng)物神經(jīng)纖維上這種分子密度的5%.

這些離子泵產(chǎn)生了約78毫伏的電位差。兩塊這樣的細(xì)胞膜上的「生物細(xì)胞」就能夠提供足夠的電壓來啟動(dòng)一塊CMOS集成電路。這種離子泵的化學(xué)能-電能轉(zhuǎn)換效率大約為14.9%.

Shepard說道：「這些離子泵產(chǎn)生了電場(chǎng)，能夠用來驅(qū)動(dòng)一個(gè)固態(tài)系統(tǒng)?！?/p>

由于ATP僅在細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)，而從未在血液中發(fā)現(xiàn)過，Shepard因此警告到這種新系統(tǒng)并不適用于傳統(tǒng)的植入式醫(yī)療裝置，比如心臟起搏器。

但他也說道：「然而，這樣的系統(tǒng)足以使我們將植入物做的足夠小從而可以植入到細(xì)胞內(nèi)。固態(tài)材料已經(jīng)用于納米粒子中，來提供不同的治療方法和成象目標(biāo)，但這些都僅僅只是無(wú)源性材料。我們的想法是制造出某種有能力計(jì)算和行動(dòng)，有能力決策并在某些方面執(zhí)行決策的東西?！?/p>

Shepard認(rèn)為，未來的研究也可能會(huì)將膜蛋白納入到電子中，比如那些對(duì)味覺和嗅覺有作用的膜蛋白?！笗?huì)有很多種方式將固態(tài)系統(tǒng)和細(xì)胞生物裝置組合到一起的?！?/p>

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