這種新型器件讓生命體與機器實現(xiàn)無縫銜接

記者26日從中國科學院理化技術研究所獲悉，來自該所等單位的研究人員開發(fā)了一種具有級聯(lián)異質界面的雙相凝膠離電器件，實現(xiàn)多種離子信號的轉換和傳輸。該器件有望實現(xiàn)生命體與機器的連通。相關研究成果發(fā)表于《科學》雜志。

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

級聯(lián)異質門控雙相凝膠材料（中國科學院理化所供圖）

近年來，能夠將離子和電子的電荷轉移與信號轉換結合的離電器件引起廣泛關注。這些器件在生物和非生物系統(tǒng)之間發(fā)揮著紐帶作用，在神經電極、神經假體、智能可植入設備等領域有著廣闊的應用前景。

“然而，現(xiàn)有的離電器件普遍存在一個局限，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。如何實現(xiàn)多種生物離子信號的有效可控傳輸，關聯(lián)復雜生物系統(tǒng)，一直是個難題?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W院理化所研究員聞利平說。

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

“在電場的作用下，離子部分去水合和再水合的過程將交替而連續(xù)地進行。由于不對稱化學結構和空間尺寸的影響，異質界面將扮演多重‘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，使不同離子信號的傳輸產生數(shù)量級的區(qū)別?！壁w紫光說，因此，在不同電壓刺激下，該器件能夠對離子傳輸能壘進行排序和控制，讓“小球有序奔跑”，實現(xiàn)多元離子的分級傳輸。

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