科学家开发出电子到多离子信号传输的新方法

在生物系统中，具有高度极化的突触门控接口的复杂神经元网络负责处理和传输复杂的生物信号。

受神经元界面生物信号门控结构的启发，中国科学院理化技术研究所温丽萍研究员和中国科学院大学赵子光教授带领的研究人员及其合作者，开发了具有级联异质界面门控特性的双相凝胶离子电子学，以实现多功能电子-离子信号传输。

该研究发表在11月2日的《科学》杂志上。

电子和离子电子设备吸引了相当多的关注，因为它们弥合了非生物和生物界面之间的通信差距，在神经电极、神经假体和智能植入设备中找到了关键应用。然而，由于单调且单一的电子/离子信号无法匹配更多的生物相容性信息，最先进的电子学和离子电子学受到了限制。

因此，复杂生物环境的人工装置中各种生物离子信号的复杂识别和精确控制仍然是一个重大挑战。

在这项研究中，通过模仿神经网络的分层界面门控机制，研究人员开发了级联杂门双相凝胶(HBG)离子电子学，可促进多种离子跨介质传输。

研究人员表示，HBG材料是通过受控的液-液相分离聚合策略合成的，将富离子内相与低电导率连续相结合在一起。

在离子传输过程中，HBG材料内的多个异质界面在决定离子经历的传输自由能势垒及其水合-脱水状态方面发挥着关键作用。这从根本上将不同离子之间跨界面传输的差异放大了几个数量级。

这样，就可以实现与离子转移能垒的层次差异高度相关的多离子层次信号传输。

此外，还成功构建了由特定配体基团协同组合衍生的化学增强HBG系统，用于选择性离子跨级信号传输。

利用该系统，研究人员通过使用源自基于HBG的离子突触的各种生物功能神经体液离子信号，成功调节了牛蛙心脏的心电活动。

通过利用这种新颖的离子门控机制和可编程离子传输能力，HBG离子电子学可以将电子输入信号转换为可编程生物离子信号，以服务于不同的生物通信载体。因此，HBG离子电子学有望加速各种生物技术应用的进展。