科学家首次成功研制能够插入细胞进行供能的微型芯片

医疗器械 2015-12-11 09:43 来源：煎蛋

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科学家首次研制成功了一种微型芯片，这种芯片能够利用为细胞生存提供能量的燃料源进行供能。而这一突破性的进展将能够使得未来的某一天，我们能够向病人体内直接植入这种芯片，而无需考虑电池消耗的问题（电池哥你怕不怕）。

说道细胞的供能原理，我们不得不翻开高中生物课本，寻找有关ATP的章节。如果记得没错的话，我们的细胞存储有一定量的ATP（三磷酸腺苷），它在转化为ADP的时候会释放能量，为细胞活动提供必要的需求。这种新型微芯片就能够利用这种被称为纳-钾ATP酶的酶功能。他们在接触到ATP的时候，会初始ATP分解释放能量，位于芯片中的酶能够促使钾离子和钠离子（带有正电荷）穿过特殊的膜，产生电势能，形成电流，为芯片供电。

“这种离子泵，就像是生命系统中的电子器件。”来自哥大的电气工程师Ken Shepard这样介绍到。他和同事们将最新的研究发布在12月7号的《Nature Communications》上。

研究人员先从猪脑中提取了这种纳-钾ATP酶，然后将他们嵌入到人造脂肪膜上。最后的芯片能够在一平方毫米的面积上获得200万分子所提供的能量，这一（细胞）密度只有普通哺乳动物神经纤维的5%。

通过获取ATP分解的能量，这种离子泵能够产生78毫伏的电压，两块这种大小的生物细胞芯片能够为CMOS集成电路提供足够的电压。这种电化学能转换的离子泵的转化率在14.9%。

通过离子泵，我们能够建立一个可以驱动系统的电场。而ATP只存在细胞内，而不是血液中，所以这种新系统并不能像常规的医疗装置那样植入体内进行驱动。

不过这种系统能够被植入到细胞内部，目前已经有很多纳米级的材料用来作为可植入设备的制造，不过他们都是被动驱动的。我们希望芯片能够同伙生物材料获得能量，完成一些计算和决策，然后执行一些特殊的功能。

未来的研究可能会制作一些具有膜蛋白的电子产品，比如能够形成嗅觉或者味觉功能的传感器，我们的功能模块能够与不同的功能模块进行组合，完成一些细胞级别的生物应用。

原文检索

《Bio-Powered Chips Might One Day Fit Inside Cells》

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