​生物电，不是你想象

生物电，不是你想象

生活在这个高科技时代，或许你早已听说过，现在科学家可以在许多小动物身上植入电极，来控制它们的行动。科学家还预言：未来人类必将跟机器融合：当某个人身上某个器官坏死，医生将给他植入一个人造器官，但这个器官很可能是机器，因为机器比真正的器官有时还更经久耐用，随着人渐渐衰老，身上越来越多的器官被换成了机器，最后你就很难判断他究竟算人还是算机器了。

生物电非普通的电

对于这项技术所带来的伦理问题，我们暂不讨论。但你知道吗?生物电与我们日常电子设备中用的电可不是一回事，它们本质上可有很大区别!

俗话说“细节决定成败”，这一个细节一般人是不了解的。他们不知道，要把动物身上的生物电信号完全不失真地转化为控制机器的电子信号，目前还做不到。而要是不能实现这一点，纵使我们身上装了个功能强大的器官机器，用起来恐怕也不见得能像真实器官那样灵便。

我们在中学都学过，电荷的移动形成电流，这个电荷叫“载流子”。载流子可正可负。比如，我们在所有电子设备上使用的电流，其载流子都是电子，携带的是负电荷。

可是，我们身上所谓的生物电却与此迥然有别。在生物的细胞膜上，有一些特殊的通道，当细胞膜内外的离子浓度失衡时，这些通道就会打开，钠、钾、钙等离子或者从细胞中释放出来，或者从细胞外流进细胞，从而形成生物电。没有这些离子的移动，你休想抬一抬胳膊，休想看一眼外部的世界——因为电信号从视网膜传到大脑的神经中枢，靠的也是这一套机制。生物电是离子的移动产生的，而这些离子携带的却是正电荷。

两种电如何转换?

这就是说，电子设备和我们身体中电流的载流子根本不是同一种粒子。要让我们的身体跟电子设备打交道，需要先把生物电信号“翻译”成电子信号，或者把电子信号“翻译”成生物电信号。但这个“翻译”过程会丢失掉很多丰富的细节，造成信号的失真。

在科学家心目中，与生物细胞打交道的理想机械需要具备两个条件：一是，能与生物有机体兼容，不会被排斥;二是，以细胞自身的“语言”与之交流，换句话说，传递电信号的最好是携带正电荷的离子，这样就可以控制正离子在细胞膜上的进出。

生物晶体管问世

现代的电子设备，其灵魂是晶体管。晶体管本质上是一个控制电流的电子开关，给它施加一个外部电场，就可以决定它究竟是开启还是关闭。1947年，晶体管刚发明的时候，一只晶体管就有1厘米多长，随着集成电路技术的迅猛发展，如今一块芯片就可以容纳下大约40亿只晶体管。

晶体管是靠控制电子的流动来工作的，对于生物学家来说，他们希望制造出一种小机械，能实现晶体管的功能，但它所控制的不是电子，而是带正电荷的离子。此外，它还要能与生物体兼容。这种小机械被称为“生物晶体管”。

生物学家们为研制生物晶体管已经奋斗了几十年。1990年代，有人制造出能把钠、钾、钙离子泵入细胞的离子泵，但很不幸，所使用的材料不能与生物体兼容。直到2012年，美国华盛顿大学的科学家们才在螃蟹的壳上找到一种高分子材料。他们发现，由这种材料组成的纳米纤维管，可以允许质子流动。对它施加一个外部电场，还可以决定质子流动加速还是停止。尤其值得一提的是，这种材料柔软坚韧，能与生物机体很好地兼容。

这样，他们终于制造出了世界上首个生物晶体管。

当然，像任何新生事物一样，目前这种生物晶体管还有诸多缺陷。发明者们希望借鉴历史上改进电子晶体管的一些措施，来改进生物晶体管的某些性能。

科学家们早已预见到了生物晶体管广阔的应用前景。目前，用它来替代以金属为材料的电子植入器械，可以减少外伤和疤痕。未来，它可以用来直接监视细胞的活动，通过读出单个细胞的状态，医生即可诊断一个人所患的疾病。它还可以被当做离子泵使用，既可以把离子泵入细胞，也可以把细胞内的离子抽吸出来，这对于改善和治疗老年痴呆症和帕金森症大有用处。

当然了，不管你乐不乐意听到，有了它，人和机器融合的步伐可能就会大大加快了。