新式晶体管能传输质子流 有望开发新设备

南国知心

    人类的各种用电器，从电灯泡到iPod都是通过电子来传输信息，而人体和其他生物自身却是用离子和质子来传输信号并执行任务。据美国物理学家组织网近日报道，华盛顿大学材料科学家制造出一种能传输质子流的新式晶体管，有望开发出和生物体直接沟通联系的设备。该研究发表在本周的在线杂志《自然·通信》上。
    在体内，质子处于“开”或“关”两种状态，其在生物能量转移中至关重要，可通过细胞膜中的离子开关通道，把物质吸进或推出细胞;动物和人则用离子传输大脑和肌肉信号来保持灵活运动。那些能与人体生理过程相连的设备，可用来开发生物传感器或义肢。但通常，这些设备都是用带负电荷的电子来通讯，而非质子或离子。
    如何让一台机器和一个生命系统兼容，这二者间的接口是最大的挑战。“怎样才能把电子信号转化为离子信号，或反过来?”论文领导作者、华盛顿大学材料科学与工程副教授马科·罗兰蒂说，“我们发现了一种生物兼容材料，非常适于传导质子，很有可能成为连接生命系统的接口。”
    这种材料是一种改良的壳聚糖(chitosan)，最初从鱿鱼骨中提取，也能从食物加工厂丢弃的蟹壳和鱿鱼骨中回收利用。研究人员发现，它在传输质子方面效果显著，能吸水而形成许多氢键，由此质子能从一个氢键跳到另一个。他们还用电荷传输计算机模型进行了验证，与实验结果能够很好地吻合。
    研究人员制作的样品设备仿照了一种场效应晶体管，宽约5微米，是人类发丝的1/20，包括一个栅极(gate)、一个漏极(drain)和一个源终端(source terminal)，但它传输的却是质子流脉冲。“在我们的设备中，生物激发分子能移动质子，质子流可以被打开或关闭。这种方式完全能比拟任何其他的场效应晶体管中的电子流。”罗兰蒂说。
    关于这种晶体管的应用，罗兰蒂说，在下个10年左右很可能出现实验室用的细胞直接传感器。目前的质子流样品设备有一个硅基，不能用在人体中。但从长远来看，可能会有能直接植入生物体内的兼容设备，监控甚至控制特定的生物过程。