基于液滴的离子电子器件的生物启发计算

来自 实验室仪器网

研究人员在实现一种“生物电”方面迈出了一大步，这种电可应用于多种生物医学和生物工程应用，这项研究发表在《科学》杂志上。

离子电子器件是生物工程领域最令人着迷且发展最快的领域之一。这些器件使用离子（带电粒子），如钠、钾和钙离子，而不是电来传输信息，就像人类大脑一样。最终，生物相容性、节能且极其精确的信号系统（包括用于药物管理的信号系统）可能通过离子电子器件实现。

离子电子器件通常放置在固体支架内，因此很难与软组织结合。在这项新研究中，牛津大学的研究人员利用生物相容的水凝胶液滴成功制造出微型、多功能的离子电子器件。

水凝胶充当电子半导体的离子对应物，可以控制离子运动，就像调节电子设备中的电子流一样。微尺度液滴使用表面活性剂（类似肥皂的分子）组装而成，设计用于在被光激活后传导离子，从而使它们连接在一起——这是研究团队开发的一种技术。

研究人员将这种装置称为“液滴电子学”，它结合了液滴和离子电子学。研究人员通过结合微尺度纳升水凝胶液滴，开发出了液滴电子二极管、晶体管、逻辑门和存储设备。

液滴电子器件的效率和响应时间高于迄今为止制造的任何软离子电子器件。由于不被硬基质包裹，它们甚至可以与固体离子电子器件相媲美。

首席研究员张宇嘉博士表示：“离子比电子有许多优势：例如，它们具有各种尺寸和电荷，这意味着它们可以用于并行实现各种功能。通过加入大型离子聚合物，我们展示了一种具有长期记忆存储功能的液滴电子器件，这是以前的离子电子方法无法实现的，它为神经形态应用提供了一种非常规途径。”

液滴电子装置可以调节离子运动、与细胞交互并记录生物信号，因为它们都使用相同的“离子语言”进行操作。

在这项研究中，研究小组开发了生物相容性传感器，研究人员将液滴电子学与生命物质相结合，将使生物相容性的直接离子通信方法成为可能，包括识别几种必需的离子和分子物种的潜力。

这将为多个领域创造新机遇，尤其是临床医学。对于神经形态信息处理和计算，液滴电子电路也可能提供一种创建类似神经元的离子逻辑系统的方法。

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