类脂双层传感器和生物分子电子学

从本世纪60年代初起人们对类脂双层进行了广泛的研究。目前,平面的双层类脂膜(缩写为BLM)与球状的类脂双层即脂质体一起在经过适当修饰后已是生物膜的最佳模型。近来,微电子学的进展和人们对包括BLM在内的超薄有机膜的兴趣已导致生物传感器的发展,从而在化学、电子学以及生物学等学科的交叉处产生了一个新的研究领域:生物分子电子学。这个激动人心的新科技领域是发展新的半导体后电子技术即其长期目标是分子计算机的分子电子学的一部分。当前的微电子学与未来的分子电子学之间的分界线为一微米。在一微米以下,经典的微电子学规律不再成立而量子力学的规律开始起作用。微电子学以半导体薄片为基础,而新型的分子电子学将以分子和原子本身的能力为基础。在分子电子学里有两个主要方向:(1)以分子和原子的性质为基础的分子电子学和(2)应用量子效应的纳电子学。人们预期这些新的领域将发展出比目前PC计算机线路要快10万倍的分子电子线路,在分子电子线路里,分子的信息加工能力将通过电子及其结构的变化来实现。在生物体里,蛋白酶的构     

有机电子计算机——细菌能建造集成电路块吗?

在计算机硬件设计中,体积日趋微型化。不再有人认为,迄今携带成千比特信息的集成硅片和用集成电路块精巧组装起来的计算机已经是尽善尽美的了。已有一些计算机专家在设想,有朝一日生物分子本身将起到计算机的作用,这种计算机不是用集成块组装而成,而是用一个个分子构造而就。他们认为,计算机可由成千上万个细菌来建造这一革命性设想的付诸实现将是遗传工程面临的一大任务。     

信息技术与知识产权

有关信息技术的知识产权问题,主要涉及计算机软件、半导体集成电路芯片、数据库和信息服务等等。随着这类产品的重要性和附加价值的提高,各种侵权活动层出不穷,如何更完善地保护开发者的利益,促进信息技术发展,已引起各国政府的高度重视,相应的立法实践也取得了积极的进展。本文主要介绍各国保护计算机软件和半导体集成电路芯片的立法现状和趋势。     

半导体人工晶体与光电子器件

半导体的重要性可以从计算机对人类的影响中窥见一斑,因为计算机的核心（"脑"中之脑）──集成电路芯片,就是由一块半导体（硅）片制作而成。从自然界中存在的硅化物,经过物理化学加工,可以制备出极其纯净的硅单晶片。该硅片再经过各道精细的微加工手段（称作硅微电子工艺）,就可以在手指甲大小的硅片上制作出成千上万至几百万个基本的电子元件（晶体管）,成为有强大计算和信息处理功能的集成电路芯片。在这些芯片中,所有的功能都是通过电子的运动来实现的,所以这类集成电路芯片通常被称之为微电子器件。计算机的最大功能是信息的处…     

生物芯片:电子计算机的终极

生物芯片的研究不仅指芯片本身,也涉及生物分子电子学的其他方面,包括生物传感器,生物电池,机器人视觉,神经接口和人工智能等。生物芯片计算机的概念来自分子生物学的饶有兴趣的两个方面:即生物多聚体能够自主装配,和象DNA那样的分子能够贮存,复制以及传递信息。幻想家们预言,在生物计算机中,将利用生物材料和生物过程,制造和装配分子型的电子元件。最终,计算机将建立在沿原子链传播半导体孤子波的基础上。但是,这种芯片何在?这个问题无疑将会在产业界和学术殿堂中徘徊至少10多年(如果不是20年的话)。因为不仅生产这种生物芯片的技术不存在,就连大部分的理论也尚未问世。对于生物芯片的需求,主要来自于人们预见到现代硅芯片的局限性。以当前发展速度看,硅芯片所能贮存的信息量10年内将达到它的理论极限值.Bell研究室刚公布了兆位芯片,元件间隔大约是在1微米。通过新的印刷技术和其他方面的改进,可以使包装密度加倍,间隔小到0.2微米.除了这点之外,非常重要的发热问题出现了。如此紧密的包装引起的对话(泄漏)会损害信息。在生物芯片中,由于元件是分子大小的,包装密度可成数量级地增加。由于信号传播方式是孤电子,将不会有损耗.生物芯片几乎不产生热。     

手性无机纳米粒子:生物应用的新机遇

近年来,以手性生物分子和无机纳米粒子为基元构建的手性纳米结构因其具有新颖而独特的物理化学性质受到研究人员的广泛关注.手性分子与无机纳米粒子的耦合实现了手性从分子尺度向纳米尺度的跨越,将为光学和生物应用带来新的机遇.本文介绍了生物分子诱导的半导体纳米粒子的手性,系统阐述了手性无机纳米结构的构筑及光学性质,对手性纳米粒子的生物效应进行了简要介绍,并展望了手性纳米结构未来发展的前景和挑战.     

长期记忆存储的神经编码与调控

人类根据自身以及后天学习获得的经验与知识,也就是记忆,适应并改造了自然界,从而创造了现代文明.建立在大脑神经元的物质基础之上,记忆承载了外界纷繁复杂的信息,整合了时间与空间等不同维度上的多感知信息,为大脑作出正确判断和操作提供支撑.通过对大脑记忆机制的研究不仅仅可以揭示脑高级功能的生物学基础,更加重要的是,可以提供一条由亿万年进化史选择的解决高级认知运算与高效信息处理的途径.近年来,对记忆机制的认知从突触、分子等生物层面渐渐深入到细胞编码、解码与整合等信息层面,依赖对大脑中信息编码直接相关的记忆印迹(engram)的深入研究则揭示了神经环路的记忆存储与调控机制.本文围绕记忆印迹细胞的分子、细胞、环路与信息处理机制的运用,回顾了近期记忆机制的研究进展,探索了记忆编码机制研究对生物大脑运作原理及类脑智能的深远影响.     

纳电子器件的纳米碳管构成技术进展

电子信息技术是当前世界重大科技需求中最具重要性、创新性及高科技属性的研究领域，当今发达国家国民生产总值增长的很大部分与电子产业有关。半导体集成电路器件工业的增长速率一般为GDP增长的几倍，在21世纪内可能成为全球的第一产业。半导体集成电路的发展方向是尺寸更小，从而使运行速度更     

分子计算机能取代传统计算机吗?

分子计算计划就是尝试利用分子计算的能力进行信息的处理。换言之 ,就是尝试用分子发展多用途计算机。 1994年 ,Ｌ·阿德拉曼 (Ｌ .Ａｄｌｅｍａｎ)发表了用生物分子 (ＤＮＡ)制造多用途计算机的突破性论文 ,这时分子计算的思想才算真正确立。此后 ,利用ＤＮＡ分子进行计算被普遍称作“ＤＮＡ计算”。除了阿德拉曼所用的方法之外 ,人们曾通过多种途径探索过分子水平上的信息处理 ,但ＤＮＡ计算与先前其他方法的本质区别在于 :它旨在基于普通计算的理论而建造多用途的计算机。这似乎是由ＤＮＡ分子的特性所决定的 ,这种特性就是四个天然碱基…     

生物计算机

一前言研究生物、利用生物学研究成果来帮助开发新的信息处理元件和计算机的方法在80年代中期开始得到重视,同时,生物芯片、生物计算这类术语也流行起来.虽然生物计算机的概念尚不能明确定义,但有一点可以肯定:它决不局限于过去基于某种简单概念而开发的定义清晰的计算机类型,比如超大规模集成电路、第五代并行处理机、模糊计算机、神经网络等。由于人们对生物尤其是人脑的功能着迷,生物的感觉系统和人脑将来可能成为能降低计算机下载荷的图灵机的一种模式。无论是生物还是计算机都是由内装的程序控制的信息机构,假如将生物计算机定义为“具备生物与现有计算机双方特点的计算机”,开发过程中就能明     

生物计算机

生物计算机１９４６年第一代计算机（电子管）诞生以来；１９５６年第二代计算机（晶体管）即产生，１９６５年第三代计算机（中小规模集成电路）试验成功，１９７０年第四代计算机（大规模集成电路）宣告投产。８０年代以来，有关国家在研制第五代计算机（超大规模集成电...     

控制光子流动的晶体:光子晶体

二十世纪五十年代开始的以半导体为代表的电子带隙材料导致了微电子革命 ,其核心就在于采用这种能够操纵电子流动的电子带隙材料。我们所处的时代从某种意义上说是半导体时代 ,半导体的出现带来了从日常生活到高科技革命性的影响 :大规模集成电路、计算机、信息高速公路等等这些甚至连小学生都耳熟能详的东西都是由半导体带来的。几乎所有的半导体器体都是围绕如何利用和控制电子的运动 ,电子在其中起到决定作用。但集成的极限在可以看到的将来会出现 ,这是由电子的特性所决定的。而光子有着电子所没有的优势 :速度更快 ,没有相互作用。图为…     

纳滤体器件在生物分子分离中的研究进展

人类对生物体系的理解取决于生物分子高效准确的挑选和分离. 随着纳滤体器件(Nanofilter)的蓬勃发展, 其在生物分子分离领域的应用受到了广泛关注, 并成为无胶体系生物分子分离的热点之一. 本文结合纳滤体器件的产生及发展, 从纳滤体器件的设计及理论模型两方面重点阐述了纳滤体器件在生物分子分离方面的研究进展, 并对纳滤体器件的计算机模拟进行了讨论. 近年来, 相比于传统的生物分子分离方法, 纳滤体器件所具有的优势日益突出.而纳米技术的进一步发展, 也使其具有很好的应用前景.     

蛋白质计算机芯片

据伊利诺斯大学的S.Sligar说,导电的蛋白质可能有一天用于计算机芯片,模拟现代半导体特性甚至制作可能的新器件。这种芯片比现有的芯片更密集。作为实现这一雄心勃勃的目标的第一步,Sligar等人试图制作具有特殊电学、光学性质的蛋白质。他们在4月份亚特兰大召开的美国化学学会会议上提出了初步工作结果。自然界有很多导电的生物分子的例子。例如光     

紫膜Langmuir-Blodgett膜中菌紫质的光电压

80年代生物分子电子学和生物计算机的研究蓬勃兴起,嗜盐菌紫膜蛋白菌紫质由于其结构稳定,具有光驱动质子泵功能、双稳态特性以及皮秒到毫秒级的光电响应特性,使其成为目前国内外关注的研究生物分子电子器件的理想材料之一,应用前途是发展生物分子器件和生物芯片等.由于紫膜具有不对称性而菌紫质的光驱动质子泵具有方向性,因而必须有序组装而且可以有序组装.紫膜Langmuir-Blodgett(LB)膜是这种有序     

DNA分子计算与DNA计算机的研究进展

生物分子计算与DNA计算机是计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域. DNA计算机的特点是具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力, 因而被认为有望解决电子计算机所面临的评价问题. 本文在介绍DNA计算机的基本概念基础上, 围绕DNA计算机的原理、计算模型和在多方面的应用等关键问题, 分析讨论了粘贴模型、剪接模型和等价检查模型等常用的DNA计算模型, 并对DNA计算机在NP问题、遗传分析与临床诊治、防伪和译码技术以及游戏与机器人等领域的研究进展和应用前景进行了探讨. 最后讨论了DNA计算机未来可能的发展方向.     

立方砷化硼载流子迁移率的精准测量

<正>半导体是指常温下导电能力介于导体和绝缘体之间的材料.半导体材料广泛应用于集成电路、电子信息、照明、太阳能发电等领域. 19世纪30年代,法拉第首次发现硫化银的电阻随着温度的升高而降低,对半导体材料的研究就此发端. 20世纪40年代,贝尔实验室实现了半导体单晶的提纯精炼,导致了硅和锗半导体的大量实际应用.     

计算机家族"添丁进口"

DNA计算机诞生了2001年12月22日出版的英国《自然》杂志报道,以色列“魏兹曼研究所”的科学家已经成功地研制出了世界上第一台DNA计算机,这是一种由DNA分子和酶分子构成的微型“生物计算机”,一万亿个这样的计算机仅一滴水那样大,其运算速度约为每秒十亿次,且精确度达达99.8％。据《自然》介绍,该计算机是世界上第一种由DNA分子构成全部输入输出部件和软件的可编程独立计算     

微机电器

微机电器是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域,它涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科,并集中了当今科学技术的许多尖端成果。这一领域的特点是集微型机械、微型传感器、接口、通讯和电源等技术于一体的微型电器。微机电器的发展概况微机电器约有刀年的发展历史,但真正取得进展是近10多年的事,且随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来。1％2年第一个硅微型大压力传感器问世,其后开发出尺寸为如一5阳微米的齿轮、齿轮泵等微型机械。美国在微机电器领域研制开发较…     

摩尔定律将带来更多可能

<正>1965年,摩尔以一个从化学领域半路出家的电子工程师的身份,做出了"集成电路上能被集成的晶体管数目将会稳定增长"的预言,并在之后将这个速率界定在每两年倍增一次上,并且估计,电子产业将在那之后数十年内保持着这种势头。半导体行业也正像他所估计的那样,在近年来一路高歌勇进地向前发展。电子工程师们持续缩小晶体管的规格,并且与此同时,让这些计算机芯片的性能精度和功能广度与日俱增。在第一个十年里,半导体行业遵循摩尔定律发展,主要归功于那些天才工程师的努力和制造生产工艺的进步。当然,基础科学知识的关键作用也是