未來改造人類？世界首款生物能量驅(qū)動芯片亮相

三磷酸腺苷（ATP）是生物細胞維持生命活動的直接能量來源，美國哥倫比亞大學(xué)的研究團隊卻首次用這種生物能量來驅(qū)動芯片。他們將一個傳統(tǒng)的固態(tài)互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）集成電路同一個帶有ATP供電離子泵的人工脂質(zhì)雙層膜結(jié)合在了一起。這項發(fā)表在7日《自然通訊》網(wǎng)絡(luò)版的最新研究為創(chuàng)建同時包含生物和固態(tài)組件的全新人工系統(tǒng)打開了大門。

團隊負責(zé)人、哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院電氣工程和生物醫(yī)學(xué)工程教授肯·謝潑德指出，CMOS固態(tài)電子器件無法復(fù)制生命系統(tǒng)所具有的特定自然功能，比如味覺和嗅覺，也無法利用生物化學(xué)能源；生命系統(tǒng)則基于脂膜以及離子通道和泵，構(gòu)建了自己的“生物晶體管”，用離子來運載能量和信息。

研究團隊為CMOS集成電路裝上了一塊ATP“生物電池”。有了ATP，這個新系統(tǒng)能夠泵送離子穿過膜，從而產(chǎn)生可被集成電路所用的電勢。他們制造了一個宏觀尺度的系統(tǒng)原型，規(guī)模約為幾毫米，來驗證其是否能正常工作。謝潑德說，研究結(jié)果幫助他們確定了在何種條件下可以使ATP的利用效率最大化，接下來他們將考慮怎樣才能縮小這個新系統(tǒng)的規(guī)模。

盡管其他研究小組已經(jīng)能夠采集來自生命系統(tǒng)的能量，但謝潑德團隊探索的是如何在分子水平上做到這一點，只將所需的功能分隔出來，然后集成到電子器件上。他解釋說，就這個項目而言，他們并不需要整個細胞，而只是分離出ATP酶，這些蛋白質(zhì)讓他們能夠從ATP獲取能量。

這種將固態(tài)電子組件與生物組件的功能結(jié)合在一起的系統(tǒng)應(yīng)用潛力很大。該團隊領(lǐng)導(dǎo)這項研究的博士研究生賈里德·羅斯曼說，通過適當(dāng)?shù)乜s放，該技術(shù)可以為ATP豐富的環(huán)境，如活細胞內(nèi)的植入系統(tǒng)提供電源。

細胞利用能量的效率是很高的，即使精細的集成電路也相形見絀，關(guān)鍵就靠三磷酸腺苷。如今，人造系統(tǒng)追趕了上來，用的也是三磷酸腺苷。新式生物供電器的問世，不但可讓芯片在人體內(nèi)長久工作，還可能催生更高級的納米機器人，它們會像微生物那樣強韌和活躍。

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