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大腦的功能與化學信號密切相關。然而，目前的仿突觸器件只能實現(xiàn)對電信號的識別，很難直接感知化學信號。制備具有化學信號響應功能的人工突觸成為神經(jīng)智能傳感與模擬等領域的科學難題之一。
在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，中科院化學研究所活體分析化學院重點實驗室于萍和毛蘭群團隊發(fā)展了一種聚電解質(zhì)限域的流體憶阻器，利用單個器件首次實現(xiàn)了神經(jīng)化學信號與電信號轉(zhuǎn)導的模擬。該研究為發(fā)展類化學突觸功能器件、神經(jīng)智能傳感、神經(jīng)形態(tài)計算以及神經(jīng)假肢等提供了新的思路。
該研究團隊在長期從事腦神經(jīng)電分析化學和限域離子傳輸研究的基礎上，提出了基于限域流體器件發(fā)展仿神經(jīng)突觸功能的構思。他們構建了聚電解質(zhì)限域流體體系，發(fā)現(xiàn)此體系具有憶阻器的特征，進而利用溶液中對離子在聚電解質(zhì)刷限域空間內(nèi)的傳輸，實現(xiàn)了器件的記憶效應，成功模擬了多種神經(jīng)電脈沖行為。相比于傳統(tǒng)固體器件，他們所發(fā)展的流體器件具有可與生物體系相比擬的工作電壓和功耗。更重要的是，基于流體體系的特征，此器件可以在生理溶液中模擬神經(jīng)遞質(zhì)對記憶功能的調(diào)控，模擬了突觸可塑性的化學調(diào)控行為。進一步，他們利用聚電解質(zhì)對不同對離子的識別能力，實現(xiàn)了神經(jīng)化學信號與電信號之間轉(zhuǎn)導的模擬，在化學突觸的模擬研究中邁出了關鍵的一步。相關研究結果發(fā)表在Science.（2023,379,156-161）上, 文章第一作者是博士生熊天逸，通訊作者為于萍研究員和毛蘭群教授，完成單位為中國科學院化學研究所、中國科學院大學、湘潭大學和北京師范大學。
圖. 神經(jīng)元(A)和納流體憶阻器(B)示意圖
標簽： 神經(jīng)化學信號 化學突觸
