电子学和生物学重新整合,直接响应环境的混合生物晶体管问世
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科技日报记者 张梦然

你的手机微处理器芯片中,其实装有超过150亿个微型晶体管。晶体管由硅、金和铜等金属以及绝缘体制成,它们共同吸收电流并将其转换为1和0,以传输和存储信息。晶体管材料是无机的,基本上来自岩石和金属,但现在美国塔夫茨大学研究团队在制造晶体管时首次用生物丝取代了绝缘材料。研究成果发表在新一期《先进材料》上。

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混合生物晶体管会响应环境中的气体和其他分子而改变其电子行为。
图片来源:塔夫茨大学

丝素蛋白(丝纤维的结构蛋白)可精确沉积在材料表面上,并可轻松地用其他化学和生物分子进行修饰以改变其特性。以这种方式功能化的丝绸,可检测身体或环境中的多种成分。

该团队首次演示的原型设备,是一种使用混合晶体管制作的高灵敏度且超快的呼吸传感器,用于检测湿度的变化。对丝层的进一步修改,可使设备能检测一些心血管和肺部疾病以及睡眠呼吸暂停,或者检测呼吸中的二氧化碳水平以及其他气体和分子,从而提供诊断信息;与血浆一起使用,设备还可提供有关氧合和葡萄糖水平、循环抗体等的信息。

在生物混合晶体管中,丝层用作绝缘体,当它吸收水分时,它就像凝胶一样携带其中包含的任何离子(带电分子)。栅极通过重新排列丝凝胶中的离子来触发导通状态。通过改变丝中的离子成分,晶体管的操作会发生变化,从而允许它被0到1之间的任何门值触发。

团队表示,这一研究开辟了一种电子学和生物学整合的新方式,未来或有许多重要应用。

总编辑圈点:

未来电子学和生物学的融合是什么样?会像钢铁侠和他的AI助手贾维斯一样?还是现在人们都难以想象的赛博朋克义体?我们可以更实际一点:本文中,在科学家改造后,丝绸拥有了数十亿个经生物过程重新配置连接的晶体管节点,其实现了微处理器的作用,正类似于AI中使用的神经网络。不久的将来,人们或可拥有能够自我训练、响应环境信号并直接在晶体管中记录内存,而不用再将信号发送到单独存储器的集成电路——这对我们身边电子产品的改进,将是翻天覆地的。

来源:科技日报