有句谚语说“大自然是世界上最伟大的科学家”，这句话是对的，数百万年的进化创造了高度复杂的系统。毕竟，大自然已经进化了数百万年，在这段时间里，人们在许多方面找到了最理想的运作方式。因此，许多科学家和工程师从自然中汲取灵感，试图创造人造物体，试图复制自然，但经过改造，使之适合人类使用，这一点也不奇怪。这些年来，一些值得注意的例子包括防水喷雾和自清洁表面，但即使是电子产品也可以从我们周围的生物环境中获得灵感。

有用的生物学机制

现代电子产品如果没有集成电路就不能工作，它已经成为当今任何设备中普遍存在的组件。然而，当我们的电子设备依赖于许多二极管和晶体管来操纵和放大电路板周围的信号时，我们自然环境中的生物依靠完全不同的方式放大信号。这种生物“回路”本质上是离子型的，依赖于不同化学离子在完全含水（水基）环境中的传输。

这些离子过程，就像我们的集成电路一样，是许多不同物种中普遍存在的机制，被用来帮助细胞有效地工作，生物回路的主干是细胞膜上的离子通道。这些通道用于将离子进出细胞，是确保细胞自我调节的一个非常重要的过程。

有趣的是，这个过程是“生物放大”过程的第一步，因为这些离子过程使身体能够观察到不同的外部刺激。例如，声波被耳内耳蜗上的毛发转化为离子电流。这些离子电流的形成是因为离子通道在感应到声波时会打开，声波会将数百万离子发送到通道中，产生一个可以被大脑检测到的放大信号。其他例子包括当鼻子探测到气味或眼睛探测到光时，这些放大原理可以应用到人造电路中。

人造离子电路

已经有许多人造离子电路被创造出来，它们利用了生物电子学的各个方面。然而，很难创造出一个在许多方面都是最佳的电路。用这种方法制造的第一个电路在本质上是非常基本的，并且使用了化学修饰的蛋白质作为离子二极管。

其中一个比较有前途的方法是使用有机电化学晶体管（OECT），因为它们可以使用导电聚合物或有机半导体材料将小信号放大为大电流。然而，虽然OECT使离子和电子设备之间能够进行有效的通信，但它们不能提供离子的放大。因此，人造离子电路的下一步就是制造出可以放大电路中离子信号的电路，使其成为离子输出，而不是依赖于传统电路中电子和空穴的放大和传输。像电子和空穴一样，这些离子可以被送到电路的特定部分，从而使电路执行特定的功能。

创造一个放大的离子电路

近年来，一些可以放大离子信号的器件被发明出来，比如单个的微流控离子晶体管，但是，为了使其有效工作，必须在这些器件上施加高电压，因此研究人员一直在研究如何制造出工作电压低得多的类似器件。美国的一些研究人员已经成功地制造出了离子晶体管，这种晶体管的基础是嵌入在薄膜中的纳米孔，而不是微流控通道。

研究人员发明的这种离子放大器电路既可调谐，又能将小离子信号放大成离子输出。该器件的可调性被发现是由于电路的模块化性质，并且本质上使用的是离子的输入和输出。电路本身是通过将纳米孔晶体管通道蚀刻到聚合物涂层的氮化硅芯片中而产生的，并且受到传统放大器技术和生物离子路径的启发，只通过孔来实现通道选择性离子。

每个孔与三个终端相连，其中包括一个可以增强或耗尽孔内离子运动的栅极。所有的孔都连接到一个多元件电路上，所用的整体方法类似于由晶体管组成的达林顿放大器——其中一个晶体管与另一个晶体管配对，因此第一个晶体管的输出成为第二个晶体管的输入，在这个过程中放大信号。

该设备的一个显著特点是，它在低于1V的电压下工作，这反过来又使它与生物信号兼容，并且能够对亚纳米安的栅电流做出响应，同时提供高达300的放大增益。

虽然到目前为止，已经有许多离子电路使用了许多制造方法、元件结构和材料，这种器件在低电压下放大和传输离子输出的能力比迄今为止的同类器件有了显著的改进。虽然离子电路还不能取代传统的电子/空穴集成电路，但它们的不断发展将有助于未来的化学和生物化学传感装置以及放大装置。它们的发展是对传统电子产品的补充，而不是取代它们。