细胞内生物能驱动的芯片问世

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北京，12月8日(科学日报)——三磷酸腺苷(ATP)是生物细胞维持生命活动的直接能源，但是哥伦比亚大学的研究小组首次使用这种生物能源来驱动芯片。他们将传统的固体互补金属氧化物半导体集成电路与人工脂质双层膜和三磷酸腺苷动力离子泵结合在一起。最新的研究发表在7日的《自然通讯》在线版上，开启了创造一个新的包括生物和固体成分的人工系统的大门。

哥伦比亚大学工程与应用科学学院的电气工程和生物医学工程教授、团队负责人肯·谢帕德指出，互补金属氧化物半导体固态电子器件不能复制生命系统的特定自然功能，如味觉和嗅觉，也不能利用生物化学能源。生命系统是基于脂质膜、离子通道和泵来构建自己的“生物晶体管”，利用离子来携带能量和信息。

研究小组为互补金属氧化物半导体集成电路安装了一个三磷酸腺苷“生物电池”。有了三磷酸腺苷，新系统能够将离子泵入膜中，从而产生可被集成电路使用的电势。他们制作了一个系统的宏观原型，大约几毫米大小，以验证它是否能正常工作。谢泼德说，研究结果帮助他们确定在什么条件下三磷酸腺苷的利用效率可以最大化，然后他们会考虑如何减少新系统的规模。

尽管其他研究小组已经能够从生命系统中收集能量，谢泼德的团队正在探索如何在分子水平上做到这一点，只分离出所需的功能，然后将它们集成到电子设备中。他解释说，对于这个项目，他们不需要整个细胞，而只需要单独的三磷酸腺苷酶，这使他们能够从三磷酸腺苷获得能量。

该系统结合了固态电子元件和生物元件的功能，具有很大的应用潜力。领导该团队研究的杰瑞德·罗斯曼博士说，通过适当的扩展，这项技术可以为富含三磷酸腺苷的环境提供能量，比如活细胞中的植入系统。

(编者:胡彦明)