這種新型器件讓生命體與機(jī)器實(shí)現(xiàn)無縫銜接

記者26日從中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所獲悉，來自該所等單位的研究人員開發(fā)了一種具有級(jí)聯(lián)異質(zhì)界面的雙相凝膠離電器件，實(shí)現(xiàn)多種離子信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳輸。該器件有望實(shí)現(xiàn)生命體與機(jī)器的連通。相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

一直以來，地球上的生物體主要靠離子傳遞電信號(hào)，各種離子就像一顆顆小球，在受到電信號(hào)等刺激時(shí)，按需向目的地前進(jìn)。而人工電子電路則主要依靠電子進(jìn)行信號(hào)傳輸。

級(jí)聯(lián)異質(zhì)門控雙相凝膠材料（中國科學(xué)院理化所供圖）

近年來，能夠?qū)㈦x子和電子的電荷轉(zhuǎn)移與信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)合的離電器件引起廣泛關(guān)注。這些器件在生物和非生物系統(tǒng)之間發(fā)揮著紐帶作用，在神經(jīng)電極、神經(jīng)假體、智能可植入設(shè)備等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

“然而，現(xiàn)有的離電器件普遍存在一個(gè)局限，即它們僅具有單一電子或離子信息載體，難以容納更多生物相容信息。如何實(shí)現(xiàn)多種生物離子信號(hào)的有效可控傳輸，關(guān)聯(lián)復(fù)雜生物系統(tǒng)，一直是個(gè)難題。”論文通訊作者、中國科學(xué)院理化所研究員聞利平說。

受神經(jīng)界面門控結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，在中國科學(xué)院理化所江雷院士的指導(dǎo)下，聞利平研究員和中國科學(xué)院大學(xué)副教授趙紫光聯(lián)合清華大學(xué)教授徐志平以及首都醫(yī)科大學(xué)教授劉慧榮，構(gòu)建了具有離子富集相和連續(xù)低電導(dǎo)相的雙相凝膠離電器件。

“在電場(chǎng)的作用下，離子部分去水合和再水合的過程將交替而連續(xù)地進(jìn)行。由于不對(duì)稱化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間尺寸的影響，異質(zhì)界面將扮演多重‘門’的作用，迫使離子‘小球’脫掉由水分子組成的‘外套’，而它們脫掉‘外套’的難易程度是不一樣的，使不同離子信號(hào)的傳輸產(chǎn)生數(shù)量級(jí)的區(qū)別。”趙紫光說，因此，在不同電壓刺激下，該器件能夠?qū)﹄x子傳輸能壘進(jìn)行排序和控制，讓“小球有序奔跑”，實(shí)現(xiàn)多元離子的分級(jí)傳輸。

聞利平表示，這項(xiàng)研究成果有望在神經(jīng)擬態(tài)信號(hào)傳輸方面發(fā)揮重要作用，為實(shí)現(xiàn)生物-非生物系統(tǒng)的多元復(fù)雜信號(hào)通訊提供新的思路和方法。