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生物電子學(xué)開啟人機結(jié)合新紀元
閱讀：931 發(fā)布時間：2013-6-18生物電子學(xué)zui大膽的研究方向或許是將生物組織與電子在細胞層面相結(jié)合。哈佛大學(xué)化學(xué)家Charles Lieber和同事在過去20年間將心血傾注于一項研究：他們將超薄納米線從原子標度大小開始培養(yǎng),，并將它設(shè)計成具有晶體管等電子設(shè)備功能的材料,。因為要在細胞內(nèi)模擬和影響生物的機能,，尺寸是個問題,，而納米級設(shè)備的大小非常合適,。Lieber說：“納米級設(shè)備非常契合電子接口尺寸的要求,。”神經(jīng)元內(nèi)的離子通道寬度小于10納米，神經(jīng)突觸間的節(jié)點寬度小于100納米,，而神經(jīng)元本身也不過微米大小,。因此,，納米級設(shè)備的出現(xiàn)將帶來革命性的發(fā)展,。
Lieber團隊已經(jīng)通過利用納米線制作出了納米級的計算機存儲器、發(fā)光二極管以及光伏電池,。他們在近期發(fā)布的一系列論文中闡述了自己是如何通過利用這些納米級設(shè)備追蹤神經(jīng)活動的。他們還準備了可進入神經(jīng)元的納米線探針,，并在探針上安置了多種晶體管記錄儀。
上世紀70年代,，膜片鉗探針的出現(xiàn)使得監(jiān)控獨立細胞間的活動成為可能，但膜片鉗探針不能進入細胞內(nèi),。而這種新型的納米線技術(shù),，按照Lieber的話來說是“繼膜片鉗探針技術(shù)之后，*稱得上新技術(shù)的記錄方法”,。
另一種納米層級新設(shè)備是利用光脈沖來控制老鼠的基因表達。為了開展研究,，研究人員必須把老鼠固定在復(fù)雜的電子設(shè)備上以改變它的自然習(xí)性,。Rogers和同事在4月12日出版的《科學(xué)》雜志上描述了他們的實驗過程：將納米級發(fā)光二極管安置在納米級細線的末端，這些細線很柔韌但卻可以穿透老鼠的大腦組織,，并通過光喚醒老鼠大腦內(nèi)特定的基因,。這種納米帶可以接收附近的大腦無線電波并將它們轉(zhuǎn)換成電流,。之后,，研究員在老鼠頭部附近安置了一臺無線電源，打開發(fā)光二極管的開關(guān),，老鼠特定的基因表達隨之出現(xiàn),。Rogers認為這項新技術(shù)預(yù)示著一種新應(yīng)用：自我供電的生物電子裝置將被植入多種器官，并能夠控制這些器官的功能,。
Lieber團隊的研究成果使得這種新應(yīng)用指日可待,。該團隊制造出了配備有內(nèi)置晶體管的3D硅納米線網(wǎng)。他們將硅納米線網(wǎng)用作生物組織培養(yǎng)平臺,，以培養(yǎng)心肌細胞或者神經(jīng)元,。晶體管陣列可以監(jiān)控生長中的生物組織的電子活動，并追蹤這些組織對例如用于刺激心臟細胞收縮的去甲腎上腺素等藥物的反應(yīng),。