39、磁趋细菌作为CMOS微电子系统中的功能组件

磁趋细菌作为CMOS微电子系统中的功能组件

1. 引言

在现代微系统中，尤其是对小型化有需求时，CMOS微电子电路往往是关键组件。例如，在将样本在不同传感器之间传输以进行分析的场景中，CMOS电路就起着重要作用。而利用细菌来运输或驱动样本，为传统方法提供了一种有力的替代方案。

鞭毛细菌在低雷诺数环境（如微流体系统）中表现出色。它们能够在水性介质中运输涂有试剂或其他样本的微纳米颗粒，这在微纳机器人技术和微系统（如芯片实验室和微全分析系统）中具有巨大的应用潜力，其中CMOS微电子技术可以发挥关键作用。

传统的基于电源的微操作、微驱动或运输方法，主要依赖电渗或介电泳等技术。这些方法基于电动原理，需要较高的频率和电压幅度来产生力，而这些电压幅度往往与趋向于低工作电压的嵌入式电子设备不兼容，这会导致设备通过增加电压转换器而变大，降低电力效率。因此，需要一种不受被操作的微纳米物体介电特性影响的可控运输或驱动方法。

磁趋细菌（MTB）的实验表明，它们可以被控制作为微驱动器在微系统中运行，可用于实现微开关、微阀门、微活塞或微电机等。与大多数基于趋化性来检测营养梯度并影响其运动性的细菌不同，磁趋细菌虽然也受趋化性和趋氧性的影响，但在特定条件下，其位移方向主要受磁趋性影响，这使其更适合与电子设备和基于计算机的软件进行交互。

2. 磁趋细菌类型的选择

目前研究的所有磁趋细菌都通过鞭毛运动，可用于微系统中的可控运输。然而，由于只有少数类型的磁趋细菌可以在人工或实验室条件下培养，因此在微系统中使用的磁趋细菌类型选择受到限制。常见的培养菌株包括磁螺菌属的一些物种，如磁螺菌MS - 1菌株、格里斯瓦尔德磁螺菌、磁性磁螺菌AMB - 1菌株等，还有