研究員稱,他們第一次開發出了一種由與燃料活細胞相同的富含能量的分子驅動的微芯片。這一進步標志著有朝一日可將設備植入到細胞內,并獲取生物能量來驅動設備。
三磷酸腺苷分子(ATP)儲存化學能量,并且在細胞內部將能量從產生地運輸到消耗地。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。這種分子會分解ATP,使之釋放能量,并利用這些能量將鈉、鉀離子穿透細胞膜,從而產生電位差。
該研究第一作者Ken Shepard說道:“在生命系統中,離子泵是類似電子的組成?!彼彩歉鐐惐葋喆髮W的電子工程師,和他的同事們在12月7日版的《自然通訊》上詳述了他們的發現。
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200萬個這樣的分子,大約是哺乳動物神經纖維上這種分子密度的5%。
這些離子泵產生了約78毫伏的電位差。兩塊這樣的細胞膜上的“生物細胞”就能夠提供足夠的電壓來啟動一塊CMOS集成電路。這種離子泵的化學能-電能轉換效率大約為14.9%。
Shepard說道:“這些離子泵產生了電場,能夠用來驅動一個固態系統?!?/p>
由于ATP僅在細胞內出現,而從未在血液中發現過,Shepard因此警告到這種新系統并不適用于傳統的植入式醫療裝置,比如心臟起搏器。
但他也說道:“然而,這樣的系統足以使我們將植入物做的足夠小從而可以植入到細胞內。固態材料已經用于納米粒子中,來提供不同的治療方法和成象目標,但這些都僅僅只是無源性材料。我們的想法是制造出某種有能力計算和行動,有能力決策并在某些方面執行決策的東西?!?/p>
Shepard認為,未來的研究也可能會將膜蛋白納入到電子中,比如那些對味覺和嗅覺有作用的膜蛋白?!皶泻芏喾N方式將固態系統和細胞生物裝置組合到一起的?!?/p>