世界首款化学电路问世

克拉斯•泰布兰德(Klas Tybrandt)是瑞典林雪平大学(Linkoping University)有机电子博士生，他已开发出一种集成化学芯片。这项成果刚刚发表在5月29日的《自然•通讯》上。

林雪平大学有机电子研究小组先前曾开发出离子晶体管，用于传递正离子和负离子，以及生物分子。泰布兰德目前已成功合并两种类型的晶体管，制成互补电路，在方式上类似传统的硅基电子产品。

化学电路的优点是电荷载体由化学物质组成，具有各种功能。这意味着，我们现在有了新的机遇，可以控制和调节人体内的细胞信号通路。

“例如，我们可以发送信号给肌肉突触，那里的信号系统由于某种原因，可能无法正常工作。我们知道，我们的芯片适合使用常见的信号物质，例如乙酰胆碱，”马格努斯•贝格伦(Magnus Berggre)说，他是有机电子教授，也是研究小组的领导。

开发的离子晶体管可以控制和传递离子和带电生物分子，这是三年前开始的，开发者泰布兰德和贝格伦分别是林雪平大学科技系有机电子博士生和教授。这款晶体管后来派上用场，瑞典卡罗林斯卡医学院(Karolinska Institutet)的研究人员用来控制传递信号物质乙酰胆碱，传递给单个细胞。这项研究结果发表在著名的跨学科期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS：Proceedings of the National Academy of Sciences)上。

离子双极型晶体管携手林雪平大学信息编码教授罗伯特•弗奇黑莫(Robert Forchheimer)，泰布兰德现在迈出了新的一步，开发出化学芯片，这种芯片包含逻辑门，如与非门(NAND gates)，可以实现所有逻辑功能。

他的突破奠定了基础，可以带来全新的电路技术，采用的是离子和分子，而不是电子和空穴。

化学芯片的电极配置精确控制加工、运输和传递离子和分子信号具有重要意义，可用于生命科学的许多领域。这些集成电路是基于离子晶体管，可提供一种方法，用以路由和分配复杂的化学信号模式，从而实现这种控制。迄今，几种类型的离子晶体管已有报道，但是，到目前为止，只有单个设备报道过，其中大多数都不能适应生理盐浓度。在这里，他们报告的是一种集成化学逻辑门，采用的是离子双极晶体管(ion bipolar junction transistors)。逆变器和与非门在NPN型和互补型中都有过演示。他们发现，互补离子门有较高的信号放大率和较低的功耗，这是对比单晶体管型逻辑门而言，可模仿优势互补逻辑，这种逻辑见于传统电子产品。离子逆变器和与非门奠定了基础，可以进一步开发固态化学传递电路。

图1：离子双极型晶体管

图2：电极配置。