Биоэлектронные интерфейсы: первый «протонный» транзистор

Материаловеды Университета Вашингтона разработали принципиально новый транзистор, в котором функции электронов в традиционных полупроводниковых транзисторах выполняют протоны. Создатели нового устройства указывают, что их изобретение значительно упростит интеграцию электронных устройств и живых тканей.

Дело в том, что протоны (и ионы) играют важнейшую роль в биохимических процессах в живых организмах, в частности в передаче энергии, в передаче нервных импульсов и так далее.

«Перед нами всегда стоит одна и та же проблема, один и тот же вопрос, когда заходит речь о [человеко-машинном] интерфейсе: как преобразовать электронный сигнал в ионный и наоборот? — говорит старший преподаватель Университета Вашингтона Марко Роланди, один из руководителей исследований. — Нам удалось обнаружить биоматериал, который очень хорошо проводит протоны и в принципе позволяет создать интерфейс для взаимодействия электроники и живых организмов».

Этим материалом оказался хитозан — аминосахарид, в больших количествах содержащийся в панцирях ракообразных. Молекула хитозана содержит в себе большое количество свободных аминогрупп, вследствие чего хитозан легко связывает ионы водорода и приобретает избыточный положительный заряд. Это также объясняет способность хитозана связывать и прочно удерживать ионы различных металлов (в том числе и радиоактивных изотопов, а также токсичных элементов).

Помимо этого хитозан способен образовывать большое количество водородных связей, благодаря чему облегчается перемещение протонов (каковые по сути представляют собой положительно заряженные атомы водорода).

Получившийся у команды Роланди прототип, изготовленный из модифицированного хитозана, представляет собой микроскопическое устройство толщиной всего в 5 микрон, по структуре повторяющее базовый полевой транзистор с затвором, стоком и истоком. Только вместо электронов по нему проходят протоны.

«В нашем устройстве крупные биоинспирированные молекулы способны вызывать движение протонов, а протонный поток можно включать и выключать, что полностью аналогично перемещению электронов в любом полевом транзисторе», — заявил Роланди.

Статья об исследовании была опубликована в журнале Nature Communications.

Пока речь — в данном случае — не идёт о создании уже готового «человеко-машинного интерфейса», появился лишь органического происхождения кандидат в преобразователи биологических сигналов в электронные, причём довольно дешёвый в получении (буквально — из отходов пищевой промышленности).

В принципе, готовые решения, позволяющие, например, человеческому мозгу напрямую контролировать искусственные конечности, уже существуют и испытываются, а то даже и распространяются на коммерческих основаниях (вот и вот, например); естественно, подразумевается, что существуют и функционируют и необходимые для этого нейроинтерфейсы.