微小气泡的流动模仿计算机电路

  在可以大大提高“芯片实验室”设备功能的工作中,麻省理工学院的研究人员创造了一种利用微小气泡来模仿计算机功能的方法。

  该团队位于麻省理工学院的Bits and Atoms中心,他们报告说,他们的微流体装置中的气泡可以传输片上过程控制信息,就像传统微处理器的电子电路一样,同时也进行化学反应。这项工作将刊登在2月9日的“科学”杂志上。

  “气泡逻辑将化学与计算相结合,允许数字位携带化学有效载荷。到目前为止,反应中的材料和控制它们的机制之间存在明显的区别,”共同作者Neil Gershenfeld说道。比特和原子中心。

  微流体技术允许科学家们创造出微小的芯片,其中纳升级的流体从芯片的一个部分流到另一个部分,在芯片的不同部分经受受控的化学反应,并取代传统的用于化学的试管和玻璃器皿几个世纪。

  该技术有可能彻底改变大规模化学分析和合成,环境和医学测试以及工业生产过程,但到目前为止,实验室外的应用受到外部控制系统 - 阀门和管道 - 的限制。操作。

  但现在,麻省理工学院的研究人员能够通过流经微通道的气泡相互作用来控制微流体芯片,从而无需外部控制。“现在你可以通过设计与电子同类相似的泡沫逻辑电路来编程实验室内部正在发生的事情,”Gershenfeld的合着者和研究生Manu Prakash说。

  据研究人员称,控制化学反应可能是芯片的主要应用。可以创建大型微流体系统,例如化学存储器,其在芯片上存储数千种试剂(类似于数据存储),使用计数器分配精确量和逻辑电路以将它们传送到特定目的地。

  其他应用包括同时组合合成许多组合物,可以沉积一系列功能材料的可编程印刷头,以及分选生物细胞。

  研究人员将他们的新微流控芯片建模在现有数字电路的架构上。但是,它们不是使用高电压和低电压来表示一些信息,而是使用是否存在气泡。他们报告了水中的氮气泡,但是任何其他不混合的材料组合都会起作用,例如油和水。

  在科学论文中,他们展示了任何新逻辑系列所需的所有元件,包括门,存储器,放大器和振荡器。操作速度比典型的电子微处理器慢约1000倍,但比现有微流体芯片中使用的外部阀门和控制系统快100倍。Gershenfeld和Prakash预计其发明将允许现有的电路设计(和设计师)在微流体领域工作。

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