世界首款化學(xué)電路問世

克拉斯?泰布蘭德(Klas Tybrandt)是瑞典林雪平大學(xué)(Linkoping University)有機(jī)電子博士生，他已開發(fā)出一種集成化學(xué)芯片。這項成果剛剛發(fā)表在5月29日的《自然?通訊》上。

林雪平大學(xué)有機(jī)電子研究小組先前曾開發(fā)出離子晶體管，用于傳遞正離子和負(fù)離子，以及生物分子。泰布蘭德目前已成功合并兩種類型的晶體管，制成互補(bǔ)電路，在方式上類似傳統(tǒng)的硅基電子產(chǎn)品。

化學(xué)電路的優(yōu)點(diǎn)是電荷載體由化學(xué)物質(zhì)組成，具有各種功能。這意味著，我們現(xiàn)在有了新的機(jī)遇，可以控制和調(diào)節(jié)人體內(nèi)的細(xì)胞信號通路。

“例如，我們可以發(fā)送信號給肌肉突觸，那里的信號系統(tǒng)由于某種原因，可能無法正常工作。我們知道，我們的芯片適合使用常見的信號物質(zhì)，例如乙酰膽堿，”馬格努斯?貝格倫(Magnus Berggre)說，他是有機(jī)電子教授，也是研究小組的領(lǐng)導(dǎo)。

開發(fā)的離子晶體管可以控制和傳遞離子和帶電生物分子，這是三年前開始的，開發(fā)者泰布蘭德和貝格倫分別是林雪平大學(xué)科技系有機(jī)電子博士生和教授。這款晶體管后來派上用場，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院(Karolinska Institutet)的研究人員用來控制傳遞信號物質(zhì)乙酰膽堿，傳遞給單個細(xì)胞。這項研究結(jié)果發(fā)表在著名的跨學(xué)科期刊《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS：Proceedings of the National Academy of Sciences)上。

離子雙極型晶體管攜手林雪平大學(xué)信息編碼教授羅伯特?弗奇黑莫(Robert Forchheimer)，泰布蘭德現(xiàn)在邁出了新的一步，開發(fā)出化學(xué)芯片，這種芯片包含邏輯門，如與非門(NAND gates)，可以實(shí)現(xiàn)所有邏輯功能。

他的突破奠定了基礎(chǔ)，可以帶來全新的電路技術(shù)，采用的是離子和分子，而不是電子和空穴。

化學(xué)芯片的電極配置精確控制加工、運(yùn)輸和傳遞離子和分子信號具有重要意義，可用于生命科學(xué)的許多領(lǐng)域。這些集成電路是基于離子晶體管，可提供一種方法，用以路由和分配復(fù)雜的化學(xué)信號模式，從而實(shí)現(xiàn)這種控制。迄今，幾種類型的離子晶體管已有報道，但是，到目前為止，只有單個設(shè)備報道過，其中大多數(shù)都不能適應(yīng)生理鹽濃度。在這里，他們報告的是一種集成化學(xué)邏輯門，采用的是離子雙極晶體管(ion bipolar junction transistors)。逆變器和與非門在NPN型和互補(bǔ)型中都有過演示。他們發(fā)現(xiàn)，互補(bǔ)離子門有較高的信號放大率和較低的功耗，這是對比單晶體管型邏輯門而言，可模仿優(yōu)勢互補(bǔ)邏輯，這種邏輯見于傳統(tǒng)電子產(chǎn)品。離子逆變器和與非門奠定了基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步開發(fā)固態(tài)化學(xué)傳遞電路。

圖1：離子雙極型晶體管

圖2：電極配置。