První protonový tranzistor – z chobotnic

Elektrický proud mohou v tranzistorech přenášet i protony. Protonové tranzistory by jednou mohly být klíčovou součástí kyborgů, zajišťují totiž přímé rozhraní mezi elektronikou a biologickou tkání.

První protonový tranzistor – z chobotnic


Elektrický proud zprostředkovávají elektricky nabité částice a je v principu jedno, zda kladné nebo záporné. V polovodičích se může jednat o vodivost elektronovou stejně jako děrovou.
Nicméně anorganická elektronika jako taková dnes využívá pohybu elektronů. Živé organismy naopak dávají pro přenos signálu i konání práce přednost iontům a protonům – tedy většinou se mluví ne o protonech, ale vodíkových kationtech, což je ovšem totéž (alespoň pokud zůstaneme u běžného lehkého vodíku). Ionty a protony hýbají svaly, přenášejí nervové vzruchy nebo zajišťují transport látek přes buněčné membrány. Pochyb protonů je také součástí kyslíkového metabolismu, který v buňkách provádějí „živé elektrárny" - mitochodrie.
Vědci z oboru materiálového inženýrství na University of Washington se rozhodli sestavit na podobném principu i anorganický tranzistor, který by pak mohl přímo komunikovat s živou tkání. Výsledkem by mohly být efektivněji pracující senzory pro monitorování biologických funkcí, možnost detailně sledovat procesy na buněčné úrovni, ale i implantáty, protézy nebo části těla přímo ovládané vnějšími systémy. Proud protonů by mohl také otvírat kanálky v membráně zajišťující např. transport léků do buňky.
Prototyp zařízení měří asi 5 mikronů (dvacetina šířky lidského vlasu). Jedná se o tranzistor řízený polem (FET, Field Effect Transistor, s elektrodami označovanými jako drain, gate a source). Proud protonů je možné zapínat a vypínat zcela analogicky funkci běžných tranzistorů řízených polem. Tranzistor je vyroben z chitosanu (polysacharid svým složením příbuzný chitinu), látky vyskytující se např. v sépiové kosti nebo krabím krunýři. Chitosan lze snadno získávat z odpadu, který produkuje potravinářský průmysl. Látka snadno absorbuje vodu a přitom vytváří vodíkové můstky. Protony-vodíkové kationty pak po nich přeskakují a chitosan funguje jako protonový polovodič.
Příslušný tranzistor lze přes konvertor propojit s běžnou elektronikou. Zatím je ještě umístěn na křemíkové destičce, ale až se ji podaří nahradit, měl by být již zcela biokompatibilní.
Hlavním autorem článku, který byl publikován v časopisu Nature Communications, byl Marco Rolandi.

Zdroj: Physorg.com

Poznámka: Podobnou motivaci, tedy biokompatibilní zařízení mezi tělem a elektronikou, má i projekt memristoru z lidské krve, o němž se na webu CW již psalo (viz článek zde).

Úvodní foto: © Sean Gladwell - Fotolia.com










Komentáře