一直以來(lái)，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)等的刺激時(shí)，有序向目的地前進(jìn)。而人工電子電路則主要依靠電子進(jìn)行信號(hào)傳輸。
近年來(lái)，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(guó)科學(xué)院理化所研究員聞利平說(shuō)。
受神經(jīng)界面門(mén)控結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，在中國(guó)科學(xué)院理化所江雷院士的指導(dǎo)下，聞利平和中國(guó)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(guò)程將交替而連續(xù)地進(jìn)行。由于不對(duì)稱(chēng)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(mén)’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，這將使不同離子信號(hào)的傳輸產(chǎn)生數(shù)量級(jí)的區(qū)別。”趙紫光說(shuō)，因此在不同電壓刺激下，該器件可對(duì)離子傳輸能壘進(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。
