大腦的功能與化學(xué)信號(hào)密切相關(guān)。然而，目前的仿突觸器件只能實(shí)現(xiàn)對(duì)電信號(hào)的識(shí)別，很難直接感知化學(xué)信號(hào)。制備具有化學(xué)信號(hào)響應(yīng)功能的人工突觸成為神經(jīng)智能傳感與模擬等領(lǐng)域的科學(xué)難題之一。

在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的大力支持下，中科院化學(xué)研究所活體分析化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于萍和毛蘭群團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種聚電解質(zhì)限域的流體憶阻器，利用單個(gè)器件首次實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)化學(xué)信號(hào)與電信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬。該研究為發(fā)展類化學(xué)突觸功能器件、神經(jīng)智能傳感、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算以及神經(jīng)假肢等提供了新的思路。

該研究團(tuán)隊(duì)在長期從事腦神經(jīng)電分析化學(xué)和限域離子傳輸研究的基礎(chǔ)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(gòu)思。他們構(gòu)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(jìn)而利用溶液中對(duì)離子在聚電解質(zhì)刷限域空間內(nèi)的傳輸，實(shí)現(xiàn)了器件的記憶效應(yīng)，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(duì)記憶功能的調(diào)控，模擬了突觸可塑性的化學(xué)調(diào)控行為。進(jìn)一步，他們利用聚電解質(zhì)對(duì)不同對(duì)離子的識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)化學(xué)信號(hào)與電信號(hào)之間轉(zhuǎn)導(dǎo)的模擬，在化學(xué)突觸的模擬研究中邁出了關(guān)鍵的一步。相關(guān)研究結(jié)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(xué)院化學(xué)研究所、中國科學(xué)院大學(xué)、湘潭大學(xué)和北京師范大學(xué)。

圖. 神經(jīng)元(A)和納流體憶阻器(B)示意圖