生物晶體管

組長：徐天帥組員：趙夢娜周艷雪劉寶林生物晶體管晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開關(guān)，和一般機械開關(guān)（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊號來控制，而且開關(guān)速度可以非常之快，在實驗室中的切換速度可達100GHz以上。

圖1

晶體管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應(yīng)晶體管（FET）。晶體管有三個極；雙極性晶體管的三個極，分別由N型跟P型組成發(fā)射極（Emitter）、基極

(Base)和集電極（Collector）;

場效應(yīng)晶體管的三個極，分別是源極（Source）、柵極（Gate）和漏極（Drain）。晶體管因為有三種極性，所以也有三種的使用方式，分別是發(fā)射極接地（又稱共射放大、CE組態(tài)）、基極接地（又稱共基放大、CB組態(tài)）和集電極接地（又稱共集放大、CC組態(tài)、發(fā)射極隨隅器）。晶體管的基本原理

如右圖3所示,在一個晶體里面用兩組P型半導(dǎo)體像三明治一樣夾住一個N型半導(dǎo)體使之結(jié)合形成PNP型,或者是用N型夾住P型半導(dǎo)體的NPN型就是晶體管(亦稱三極管)。可以認為,晶體管就是由P+N+P,或者是由N+P+N構(gòu)成的晶體。圖3

下面,我們以PNP結(jié)合的半導(dǎo)體為例,分析一下晶體管的基本工作原理。如圖4所示,將C端(稱為集電極)連接到電池的㈠極,B端(稱為基極)連接到電池的㈩極,此時就如同給二極管加上反向電壓一樣,形成耗盡層,因此電流不流通。圖4

圖6NPN型晶體管

值得注意的是,不可以認為穿過基極區(qū)域的空穴是被集電極端的㈠極所吸引而移動過來的.空穴流入基極部分是由于擴散這一物理現(xiàn)象所致。所謂擴散,如同其字面含義,是一種慢慢散開的物理過程(可用往水里滴入1滴墨水后逐漸染遍全體的現(xiàn)象作比喻，參見下圖7）圖7擴散現(xiàn)象

因此,集電極電流與集電極端連接的㈠電壓的大小是無關(guān)的。當(dāng)然從集電極會有電流流出,此時其電流的強度IC只比流入發(fā)射極端的電流強度IE稍弱一點。而且,即使改變集電極-基極之間的電壓強度,IC也不發(fā)生變化.要改變IC必須改變IE,IE與IC的變化關(guān)系曲線如圖8所示。晶體管的種類半導(dǎo)體三極管：雙極結(jié)性晶體管（BJT）和場效應(yīng)型晶體管（FET）靜電感應(yīng)晶體管（SIT）電力晶體管（GiantTransistor）光晶體管（Phototransistor）與電子管相比晶體管的優(yōu)點構(gòu)件沒有消耗：是電子管的100到1000倍消耗電能極少：僅為電子管的十分之一或幾十分之一不需預(yù)熱：一開機就工作結(jié)實可靠：耐沖力、耐振動成本低

晶體管被認為是現(xiàn)代歷史中最偉大的發(fā)明之一，在重要性方面可以與印刷術(shù)，汽車和電話等的發(fā)明相提并論。晶體管實際上是所有現(xiàn)代電器的關(guān)鍵活動（active）元件。晶體管在當(dāng)今社會的重要性主要是因為晶體管可以使用高度自動化的過程進行大規(guī)模生產(chǎn)的能力，因而可以不可思議地達到極低的單位成本。

圖9遺傳物質(zhì)制造與作用原理在電子設(shè)備中，晶體管控制電子沿著電路流動。同樣地，在生物設(shè)備中，轉(zhuǎn)錄器控制特定蛋白――RNA聚合酶沿著DNA鏈的流動。研究團隊已利用該轉(zhuǎn)錄器創(chuàng)建出電子工程中熟知的邏輯門。研究人員將這種以轉(zhuǎn)錄器為基礎(chǔ)的邏輯門稱為“布爾聚合酶邏輯”（BIL）門。

所有的現(xiàn)代計算機盡管存在外在差異，但都具有3個共同的基本功能：信息的存儲、傳輸和邏輯運算?；谵D(zhuǎn)錄器的門單獨并不能構(gòu)成一臺計算機，但它們是可在單個活細胞內(nèi)運行的生物計算機的第三個、也是最后一個器件。

為了創(chuàng)建轉(zhuǎn)錄器和邏輯門，研究團隊使用了經(jīng)過仔細校準的酶組合，其能控制RNA聚合酶沿著DNA鏈的流動。DNA相當(dāng)于電線，RNA聚合酶相當(dāng)于電子。對6個基本邏輯門的設(shè)計和構(gòu)建是基于2種絲氨酸重組酶的活性基礎(chǔ)之上的。每個邏輯門由3個基因組成：2個為編碼輸入的基因，一個為輸出基因，該基因含有不同的轉(zhuǎn)錄控制元件（啟動子，終止子），而這些轉(zhuǎn)錄控制元件在其側(cè)面上具有重組酶識別位點。

轉(zhuǎn)錄器是對基因邏輯進行放大的關(guān)鍵組成部分。轉(zhuǎn)錄器的創(chuàng)建將允許工程師們在活細胞內(nèi)進行計算和記錄。當(dāng)細胞暴露于某些外部刺激或環(huán)境因素，就能按需打開和關(guān)閉。該轉(zhuǎn)錄器獲得了介于生物學(xué)晶體管和半導(dǎo)體晶體管之間的一些類似重要功能：信號放大。就像晶體管收音機將無線電波轉(zhuǎn)變成為可聽到的聲音一樣，生物晶體管能夠放大一種酶產(chǎn)生的微小變化。

研究人員希望，這些的晶體管可能最終建成微觀生活計算機。該計算機將能夠完成的任務(wù)，如判斷存在一定的毒素是在細胞內(nèi)，看到多少次癌細胞分裂，或如何準確地確定藥物相互作用與每個細胞。一旦晶體管確定的條件得到滿足，它可以被用來使細胞，和許多其他細胞，在它的周圍，做了具體的事情-告訴癌細胞自我毀滅?！拔覀儗⒛軌虬央娔X變成任何你想要的，活的細胞”首席研究員在斯坦福大學(xué)工程學(xué)院的德魯恩迪解釋圣何塞水星報。說：“我們不是要取代硅的電腦，我們不打算更換手機或筆記本電腦，但我們要計算工作的地方，硅永遠