生物晶体管
合成生物学,干细胞和脑科学
四、引领未来生物经济的合成生物学(成都分馆先进工业生物技术情报团队)合成生物学是在近年新兴的前沿交叉学科，融合了生物学、工程学和信息科学等学科的理论、方法和工具。
合成生物学通过重构酶、遗传线路图和细胞等新的生物学组分和装臵，或重新设计现有的生物学系统，来构建具有新功能或新特性的器官，以及创造自然界中尚不存在的生物学组分和系统，进而生产有用的产品。
合成生物学将会在农业、医药、能源、化工和环保等领域发挥重大影响，引领未来科学技术发展的重大变革。
合成生物学当前的核心研究是构建和组装新的生命有机体，从而人工设计新的高效生命系统，进行产品与材料的生产。
2010年5月，美国克雷格〃文特尔研究所创造出了世界首例由人造基因组控制的细胞，该成果的发布将合成生物学研究再次推向科研前沿，引起了学术界、工业界乃至公众的广泛关注。
此方面的重要现实应用之一是医学和药物设计。
例如，加州大学伯克利分校在2006年通过改造酵母代谢途径，实现抗疟疾药物青蒿素的前体的生产。
经过多年的研究，该校在2013年又成功实现了青蒿素的半合成，成为青蒿素合成研究过程中的一个里程碑式的突破。
基于这项研究成果，法国赛诺菲制药公司已启动了半合成青蒿素的大规模生产。
另外，2012年4月，英国剑桥大学在实验室条件下研发出模拟DNA的分子，利用该项成果制备新药可降低或消除药物的毒副作用。
DNA存储器是合成生物学的一个重要尖端方向，DNA作为数据存储媒介的潜力长时期吸引着研究人员的目光。
2012年5月，美国斯坦福大学通过将噬菌体的基因片段拼接到大肠杆菌的DNA中，研制出了一种可擦写16次的记忆系统。
2012年8月，哈佛医学院实现了将DNA存储能力提高1,000倍的编码技术。
2013年1月，欧洲生物信息学中心已将莎士比亚的154首十四行诗编码在DNA上，这成为DNA存储方法迈向实用性的里程碑事件。
合成生物学研究的另一个重要尖端方向是活体细胞计算机，即在活体细胞内部构建简单计算机的研究工作，期望利用类似于计算机程序的方法来控制细胞的代谢网络、生长和分裂。
晶体管培训资料
电阻器是一种被动元件，它通过限制电流的流动来改变电压 。晶体管则是一种主动元件，它可以通过放大或开关合电流 来控制电流的流动。
晶体管与二极管
总结词
二极管是单向导电的元件，而晶体管可以放大、开关合和双向导通电流。
详细描述
二极管只允许电流在一个方向上流动，而晶体管可以在没有电阻的情况下双 向导通电流。此外，晶体管还可以放大和开关合电流，而二极管只能单向导 电。
晶体管电路的优化方法
电路优化原则
了解电路优化的一般原则，包 括提高性能指标、降低成本、
减小体积等。
元器件选型优化
选用适当的元器件，如高质量的 电阻电容、低噪声的晶体管等， 提高电路的整体性能。
电路设计优化
通过改进电路拓扑结构、优化元件 布局、选择合适的电源等措施，减 小电路的误差、提高电路性能和可 靠性。
晶体管种类
双极型晶体管
由三极或四极组成，具有高放 大倍数、高速放大倍数和低噪 声等优点，广泛用于信号放大
和开关电路中。
场效应管
通过电场作用实现信号放大和开 关，具有低噪声、高输入阻抗等 优点，适用于高速、低噪声电路 中。
晶闸管
一种大功率控制器件，具有导通、 关断和触发等作用，常用于交流开 关电源、电机控制等大功率应用场 景中。
06
实践案例：晶体管电路设计技巧
晶体管电路设计基本原则
掌握电路设计基本原理
了解电路的基本组成、电流电压关系、欧姆定律、基尔霍夫定律等基本电学知识。
熟悉晶体管特性
了解晶体管的静态和动态特性，包括极间电容、放大倍数、频率响应等，以便合理选择晶体管。
掌握信号流程和干扰控制
理解信号的基本流程，包括输入、放大、输出，以及如何控制干扰，提高电路的信噪比。
新型生物纳米电子晶体管
多 ，产生 的电流也 越强烈 。 科 学家解 释 说 ，之 所 以会 产 生 如 此 效 果 ，是 由于双层 油脂 膜 内 的蛋 白质 在 接 触 三磷 酸腺苷 时会表 现得 如 同 “ 子 泵 ” 一 离 般 。在 每个 周期 中 ，蛋 白质 会 往 一个 方 向 抽送 ３个钠 离子 ，并 向相 反 方 向捕送 ２个
有 望直 接 与 人体 神 经 系 统 “ 线 ” 潇伊 连 。 希望 ，这 种技术 将 来 能被 用 于建 设 无 缝 生 物 电子 界 面之 中 ．以实现 生 物体 和 机 器 的
更好 沟通 。
之间 电 流 的流 动 。使 用 的 ｉ磷 酸 腺 甘 越
纳 米 壳 自组 装 结 构 呈 独 特 光 学 － 眭能
表示 ，离子泵蛋 白是新 型 晶体管 装 置 中最 核心 的部 分 。此次 开 发 的 晶体管 由处 于两 个 电极 之间 的碳 纳米 管 组成 ，起 半 导 体 的 作用 。 纳 米 管 的末 端 附 有 绝 缘 聚 合 物 涂 层 ，而 整 个 系 统 则 包 裹 于 双 层 油 脂 膜 之 中 ，与 活体细 胞 膜 的原 理相 似 。 当科 学 家 将 电 压 加 在 电极 之 上 时 ，含 有 三 磷 酸 腺
钾离 子 ，致使 １ 电荷 在 “ 个 离子 泵 ” 的 作
用下越 过双 层油 脂 膜抵 达 纳米 管 之 中 。随
米 》 上 。 决搬 三磷 酸腺苷 可作 为细胞 内能 量传 递 的 “ 分子 通货 ”，储存 和传递 化 学 能 ，为人 体
新 陈代 谢提供 所 需 能量 ；其 在核 酸 合 成 中
亦具有 重要 作用 。 该 实验室 的研 究人 员 亚 历 山大 ・ 诺伊
场效应晶体管
场效应晶体管中英文介绍（field-effect transistor，缩写：FET）场效应晶体管是一种通过电场效应控制电流的电子元件。
它依靠电场去控制导电沟道形状，因此能控制半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。
场效应晶体管有时被称为单极性晶体管，以它的单载流子型作用对比双极性晶体管（bipolar junction transistors，缩写：BJT）。
尽管由于半导体材料的限制，以及曾经双极性晶体管比场效应晶体管容易制造，场效应晶体管比双极性晶体管要晚造出，但场效应晶体管的概念却比双极性晶体管早。
历史场效应晶体管于1925年由Julius Edgar Lilienfeld和于1934年由Oskar Heil分别发明，但是实用的器件一直到1952年才被制造出来（结型场效应管，Junction-FET，JFET）。
1960年Dawan Kahng发明了金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor, MOSFET），从而大部分代替了JFET，对电子行业的发展有着深远的意义。
基本信息场效应管是多数电荷载体的设备。
该装置由一个活跃的信道，通过该多数载流子，电子或空穴，从源到流向漏极。
源极和漏极端子导体被连接到半导体通过欧姆接触。
的通道的导电性的栅极和源极端子之间施加的电位是一个函数。
FET的三个端子是：源极（S），通过其中的多数载流子输入通道。
进入该通道，在S点的常规的电流被指定由IS。
漏极（D），通过其中的多数载流子离开的通道。
常规电流在D通道进入指定的ID。
漏源电压VDS。
栅极（G），调制的通道的导电性的端子。
通过施加电压至G，一个可以控制的ID。
场效应晶体管的类型在耗尽模式的FET下，漏和源可能被掺杂成不同类型至沟道。
或者在提高模式下的FET，它们可能被掺杂成相似类型。
场效应晶体管根据绝缘沟道和栅的不同方法而区分。
生物芯片技术优势和应用前景分析
生物芯片技术优势和应用前景分析生物芯片技术是一种新兴的生物科技，它在生物学、医学和检测领域具有广阔的应用前景。
本篇文章将对生物芯片技术的优势以及未来的应用前景进行分析和探讨。
生物芯片技术是一种通过微电子制造工艺将生物分子与晶体管技术紧密结合的技术。
它以微芯片为载体，具备高通量、高灵敏度、高特异性等优势，成为生命科学和医学领域的重要突破之一。
首先，生物芯片技术具有高通量的特点。
传统的生物实验通常需要大量的试剂和样品，以及大量的实验时间。
而生物芯片技术通过集成多个探测位点在一个芯片上，能够同时进行多个实验或检测，大大提高了实验的吞吐量和效率。
这种高通量的特点非常适合于高效筛选和分析大量的生物标志物，例如遗传变异、蛋白质表达水平等。
其次，生物芯片技术具有高灵敏度的优势。
生物芯片上的微阵列结构能够将目标分子与传感器直接接触，从而实现高灵敏度的检测。
而且，由于芯片上的探测点密集排列，使得对样本的需求量大大降低，可以实现微量样本的分析。
这种高灵敏度的特点对于药物筛选、疾病早期诊断等方面具有重要意义。
此外，生物芯片技术还具有高特异性的特点。
生物芯片上的每个探测点都经过精确设计和优化，能够特异性地与目标分子结合，并产生可靠的信号。
通过合理设计分子探针和相应的引物，可以实现对特定基因、蛋白质、细胞等特定生物分子的检测和鉴定。
这种高特异性的特点使得生物芯片技术在基因检测、肿瘤标志物检测等方面具有巨大的潜力。
生物芯片技术在医学、生物学研究和环境监测等领域具有广阔的应用前景。
在医学方面，生物芯片技术可以应用于个体化治疗和药物筛选。
通过检测基因型、表型和环境因素等信息，可以预测患者对特定药物的反应和疗效，从而实现个体化治疗。
另外，生物芯片技术还可以用于快速检测病原体和疾病标志物，提高疾病的早期诊断和预防。
在生物学研究方面，生物芯片技术可以帮助研究人员快速获取大量基因表达数据，并进行高通量的功能分析和互作网络研究。
此外，生物芯片技术的高特异性和高灵敏度使得它在基因编辑和基因组编辑领域有着广泛的应用潜力，为研究人员提供了更多的研究工具和研究方法。
高中生物第一册 3 1 细胞膜的结构和功能 练习(含答案)
3.1 细胞膜的结构和功能1.如图为细胞膜的结构模式图，下列叙述错误的是( )A．①具有识别和免疫功能B．细胞膜的选择透过性与②⑤有关C． a面为膜内侧，b面为膜外侧D．③为磷脂分子亲水性头部，④为磷脂分子亲脂性尾部【答案】C【解析】图中①糖蛋白具有识别、保护、润滑作用，还能参与免疫反应，故A正确；细胞膜的选择透过性由②、⑤蛋白质决定，故B正确；a面有糖蛋白，为细胞膜的外侧，b面无糖蛋白，为细胞膜的内侧，故C错误；③为磷脂分子亲水性头部，具有亲水性，④为磷脂分子亲脂性尾部，具有疏水性，故D正确。
2.细胞间的排斥导致异体器官移植手术很难成功，这与下列细胞膜的哪一特点有关( )A．由磷脂分子和蛋白质分子构成B．具有选择透过性C．具有一定的流动性D．细胞膜的外侧有糖蛋白【答案】D【解析】糖蛋白与细胞识别有关3.如图为细胞间进行信息交流的一种方式，下列有关叙述错误的是( )A．图中 b 表示细胞膜上的载体B．图中乙表示靶细胞C．图中 a 表示信号分子(如激素)D．图中反映了细胞膜具有细胞间信息交流的功能【答案】A【解析】图示为细胞间进行信息交流的间接传递方式。
图中甲表示发出信号的细胞，乙表示靶细胞，b 表示细胞膜上的受体，其化学本质为糖蛋白。
4.科学家揭示出电压控制的钾通道，此通道是负责K＋进出细胞的看门蛋白质，它们在神经和肌肉细胞上的作用与晶体管在计算机中的作用一样。
这一成果从另一侧面证明了细胞膜具有( ) A．免疫功能B．识别功能C．控制物质进出细胞的功能D．进行细胞间信息交流的功能【答案】C【解析】由题干信息“此通道是负责K＋进出细胞的看门蛋白质”可知，细胞膜具有控制物质进出细胞的功能。
5.下列关于细胞膜的组成和功能的叙述，错误的是( )A．动物细胞膜有保护作用B．细胞膜能将细胞与外界环境分隔开C．细胞膜都含有磷脂、蛋白质、胆固醇、少量糖类D．细胞膜都能够完成信息交流的功能【答案】C【解析】动物细胞没有细胞壁，细胞膜在外层具有保护作用，A正确；细胞膜能将细胞与外界环境隔开，保证了内部环境的相对稳定，B正确；胆固醇是动物细胞膜的特有成分，植物细胞膜中不含胆固醇，C错误；细胞膜还有信息交流的功能，D正确。
美国科学家制成新型生物纳米电子晶体管
胞膜 的原理 相似 。 当科 学家将 电压加 在 电极之 上 时 ， 含有 三磷 酸腺 苷 、 离子和钠 离子的溶 液便会 倾 泻 而 出， 钾
覆 盖在 晶体 管装 置表 面 ， 引发 电极之 间电流 的流动 。 用的 三磷 酸腺 苷越 多， 生 的电流 也越 强烈 。 并 使 产 这主要 是 由于双层 油脂 膜 内的蛋 白质在 接 触三磷 酸腺 苷 时会表 现得 如 同“ 离子 泵” 一般 。 在每 个周 期 中 ， 白质会往 蛋
一
个方 向抽送 ３ 个钠 离子 ， 向相反 方 向抽 送２ 并 个钾 离子 ， 使 １ 电荷在 “ 致 个 离子 泵” 的作 用 下越过 双 层 油脂膜
新 型 生物 纳 米 电子 晶体 管的这 一 生物 电子 系统 通过 离子运 动将 纳 米层 级 的机械 能 转化 为 电能 ， 而 为 从
抵 达 纳米 管之 中。 着 离子的 不断 累积 ， 随 其将在 纳 米管 中部 的周 围产 生 电场 ， 而提升 纳 米 晶体 管的 传导性 。 从 晶体 管 的运行提 供 了支持 。 这种 情 况下 ， 在 晶体 管 可 以被 用于制 造 由生物 信 号驱 动 和控 制 的 电子设 备 。 型 新 生物 纳 米 电子 晶体 管 能够使 电子仪 器 不 需 电池 或其 他 外界 电力供 给 便 可永 存 于体 内。 义肢 等人 体修 复器械 有 望直接 与人 体神 经 系统“ 连线 ” 这 种技 术将 来还 能有 望被 用 于建设无 缝 生物 电子界 面之 中， 实现 生物体 。 以
美 国科 学 家 制 成 新 型 生 物 纳 米 电子 晶体 管
三 磷 酸腺 苷 （ ＡＴＰ 可 以作 为 细胞 内能 量传 递 的“ ） 分子 通货 ” 储 存 和 传 递化 学能 ， ， 为人 体 新 陈代 谢提 供
高中生物必修3课后习题答案
高中生物必修3课后习题答案高中生物必修3课后习题答案：第2章动物和人体生命活动的调节第1节通过神经系统的调节四、答案和提示(一)问题探讨提示：这些问题具有开放性，可以让学生充分讨论后再回答，目的是引起学生学习本节内容的兴趣。
(二)思考与讨论11.神经元包括胞体和突起两部分，突起一般又可分为树突和轴突两种。
神经元的长的突起外表大都套有一层鞘，组成神经纤维。
许多神经纤维集结成束，外面包着由结缔组织形成的膜，构成一条神经。
2.反射弧一般都包括五个部分：感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器。
3.不能;至少需要两个，如膝跳反射等单突触反射的传入神经纤维经背根进入中枢(即脊髓)后，直达腹根与运动神经元发生突触联系;而绝大多数的反射活动都是多突触反射，也就是需要三个或三个以上的神经元参与;而且反射活动越复杂，参与的神经元越多。
4.蛙的搔扒反射有脊髓的参与，人的膝跳反射、排尿反射、排便反射等也都有脊髓参与。
(三)思考与讨论2很明显，由于突触间隙的存在，兴奋在神经元之间不能以神经冲动的形式进行传递，而是通过神经递质与特异性受体相结合的形式将兴奋传递下去的。
(四)资料分析1.成人和婴儿控制排尿的初级中枢都在脊髓，但它受大脑控制。
婴儿因大脑的发育尚未完善，对排尿的控制能力较弱，所以排尿次数多，而且容易发生夜间遗尿现象。
2.是控制排尿的高级中枢，也就是大脑出现了问题。
3.这些例子说明低级中枢受相应的高级中枢的调控。
(五)思考与讨论3可能是H区出现了问题。
(六)旁栏思考题提示：记忆必须加以巩固才能持久，巩固的方法是复习。
通过各种感觉器官进入人脑的信息量非常大，据估计仅有1%的信息能被较长期地记忆，大部分都将被遗忘。
能被长期贮存的信息是反复被运用的。
通过反复运用，信息在短期记忆中循环，从而延长信息在其中的停留时间，这样就使这些信息更容易转入长期记忆。
(七)练习基础题 1.B。
2.大脑、小脑和脑干。
拓展题 1.b、c、d、e。
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• 转录器是对基因逻辑进行放大的关键组成 部分。转录器的创建将允许工程师们在活 细胞内进行计算和记录。当细胞暴露于某 些外部刺激或环境因素，就能按需打开和 关闭。该转录器获得了介于生物学晶体管 和半导体晶体管之间的一些类似重要功能： 信号放大。就像晶体管收音机将无线电波 转变成为可听到的声音一样，生物晶体管 能够放大一种酶产生的微小变化。
• 为了创建转录器和逻辑门，研究团队使用 了经过仔细校准的酶组合，其能控制RNA 聚合酶沿着DNA链的流动。DNA相当于电 线，RNA聚合酶相当于电子。对6个基本逻 辑门的设计和构建是基于2种丝氨酸重组酶 的活性基础之上的。每个逻辑门由3个基因 组成：2个为编码输入的基因，一个为输出
基因，该基因含有不同的转录控制元件
• 静电感应晶体管（SIT） • 电力晶体管（Giant Transistor） • 光晶体管（Phototransistor）
与电子管相比晶体管的优点
• 构件没有消耗：是电子管的100到1000倍 • 消耗电能极少：仅为电子管的十分之一或几
十分之一 • 不需预热：一开机就工作 • 结实可靠：耐冲力、耐振动 • 成本低
• 晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明 之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车 和电话等的发明相提并论。晶体管实际上 是所有现代电器的关键活动（active）元件。 晶体管在当今社会的重要性主要是因为晶 体管可以使用高度自动化的过程进行大规 模生产的能力，因而可以不可思议地达到 极低的单位成本。
生物晶体管--器件的新时代
㈠电压的大小是无关的。当然从集电 极会有电流流出,此时其电流的强度IC 只比流入发射极端的电流强度IE稍弱 一点。而且,即使改变集电极-基极之 间的电压强度,IC也不发生变化.要改 变IC必须改变IE,IE与IC的变化关系曲 线如图8所示。
晶体管的种类
• 半导体三极管：双极结性晶体管（BJT）和 场效应型晶体管（FET）
• 晶体管因为有三种极性，所以也有三种的使用方式， 分别是发射极接地（又称共射放大、CE组态）、 基极接地（又称共基放大、CB组态）和集电极接 地（又称共集放大、CC组态、发射极随隅器）。
晶体管的基本原理
如右图3所示,在一个晶 体里面用两组P型半导 体像三明治一样夹住一 个N型半导体使之结合 形成PNP型,或者是用N 型夹住P型半导体的NPN 型就是晶体管(亦称三 极管)。可以认为,晶体 管就是由P+N+P,或者是 由N+有的现代计算机尽管存在外在差异，但 都具有3个共同的基本功能：信息的存储、 传输和逻辑运算。基于转录器的门单独并 不能构成一台计算机，但它们是可在单个 活细胞内运行的生物计算机的第三个、也 是最后一个器件。
• 在生物环境中，逻辑的可能性像在电子学 中一样是无限的。研究人员可测试一个给 定细胞是否接触到任何数量的外部刺激， 如葡萄糖和咖啡因的存在。BIL门将决定是 否将这些信息进行存储，如此即可简单地 识别出细胞是否与外部刺激接触。同样， 在某些因素下，也可告诉细胞开始或停止 繁殖。将BIL门与研究团队的生物学网络进 行连接，就有可能实现从细胞到细胞的遗 传信息交流，从而协调一组细胞的行为。
美国斯坦福大学的生物工程团队设计出一 种基因器件，可在个体活细胞中像晶体管 一样起作用，从而将计算从机械和电子带 入到生物学活细胞领域。研究团队在3月28 号出版的《科学》杂志上详细描述了这种 由遗传物质DNA和RNA制成的生物晶体管， 并称之为“转录器”。
图9 遗传物质
制造与作用原理
• 在电子设备中，晶体管控制电子沿着电路 流动。同样地，在生物设备中，转录器控 制特定蛋白――RNA聚合酶沿着DNA链的 流动。研究团队已利用该转录器创建出电 子工程中熟知的逻辑门。研究人员将这种 以转录器为基础的逻辑门称为“布尔聚合 酶逻辑”（BIL）门。
图6 NPN型晶体管
值得注意的是,不可以认为穿过基极区域的空 穴是被集电极端的㈠极所吸引而移动过来的. 空穴流入基极部分是由于扩散这一物理现象所 致。所谓扩散,如同其字面含义,是一种慢慢散 开的物理过程(可用往水里滴入1滴墨水后逐渐 染遍全体的现象作比喻，参见下图7）
图7 扩散现象
• 因此,集电极电流与集电极端连接的
图1
• 严格意义上讲，晶 体管泛指一切以半 导体材料为基础的 单一元件，包括各 种半导体材料制成 的二极管、三极管、 场效应管、可控硅 等。晶体管有时多 指晶体三极管。
图2
• 晶体管主要分为两大类：双极性晶体管（BJT）和 场效应晶体管（FET）。
• 晶体管有三个极；双极性晶体管的三个极，分别由 N型跟P型组成发射极（Emitter）、基极 (Base) 和集电极（Collector）; 场效应晶体管的三个极， 分别是源极（Source）、栅极（Gate）和漏极 （Drain）。
• 下面,我们以PNP结 合的半导体为例,分析
一下晶体管的基本工 作原理。
• 如图4所示,将C端(称 为集电极)连接到电 池的㈠极,B端(称为基 极)连接到电池的㈩ 极,此时就如同给二极 管加上图4反向电压一样, 形成耗尽层,因此电流 不流通。
• 在此状态下如图5所示,再 准备一个电池,将其㈩极 连接到E端(称为发射极), 将㈠极连接到基极,此时 E-B之间(可认为是二极 管)外加了正向电压,则与 发射极相连的P型半导体 中的空穴移动到N型区域 的基极一侧。同时,与基 极相连的N型半导体中的 电子则移动到P型区域的 发射极一图侧5 ,即基极一发 射极之间有电流流通。
生物晶体管
组长：徐天帅 组员：赵梦娜 周艳雪 刘宝林
生物晶体管
晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可 以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调 制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关， 基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管 可做为电流的开关，和一般机械开关（如Relay、 switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制， 而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换 速度可达100GHz以上。