В биологических системах сложные нейронные сети с высокополяризованными синаптическими стробирующими интерфейсами отвечают за обработку и передачу сложных биосигналов.

Вдохновленные архитектурой нейронных интерфейсных биосигнализаций, исследователи под руководством проф. Вэнь Липин из Технического института физики и химии Китайской академии наук и проф. Чжао Цзыгуан (Zhao Ziguang) из Университета Китайской академии наук вместе со своими сотрудниками разработал двухфазную гелевую ионтронику с каскадными гетероинтерфейсными свойствами для достижения универсальной передачи электронно-ионного сигнала.

Исследование было опубликовано в Science 2 ноября.

Электронные и ионтронные устройства привлекают значительное внимание, поскольку они устраняют разрыв в коммуникации между абиотическими и биотическими интерфейсами, находя важнейшее применение в нейронных электродах, нейропротезировании и интеллектуальных имплантируемых устройствах. Однако из-за монотонных и единичных электронных/ионных сигналов, которые не могут соответствовать более биосовместимой информации, возможности современной электроники и ионтроники были ограничены.

Таким образом, сложное распознавание и точный контроль разнообразных биоионных сигналов в искусственных устройствах для сложных биологических сред остаются серьезной проблемой.

В этом исследовании, имитируя иерархические межфазные стробирующие механизмы нейронных сетей, исследователи разработали каскадно-гетерогенную двухфазную гелевую ионтронику (HBG), которая облегчает разнообразную передачу ионных сигналов между средами.

Материалы HBG, по словам исследователей, были синтезированы с помощью контролируемой стратегии полимеризации с разделением фаз жидкость–жидкость, объединяющей обогащенные ионами внутренние фазы с непрерывной фазой с низкой проводимостью.

В процессе ионной передачи множественные гетероповерхности в материалах HBG сыграли решающую роль в определении барьеров свободной передачи энергии, с которыми сталкиваются ионы, и их состояний гидратации–обезвоживания. Это фундаментально усилило дифференциацию в межфазной передаче между различными ионами на несколько порядков величины.

Таким образом, может быть реализована многоионная иерархическая передача сигнала, которая в высокой степени коррелирует с иерархическим несоответствием энергетических барьеров ионной передачи.

Кроме того, была успешно сконструирована химически улучшенная система HBG, полученная из синергетической комбинации специфических лигандных групп, для селективной ионной межфазной передачи сигнала.

Используя эту систему, исследователи добились успешной регуляции электрической активности сердец лягушек с помощью различных биофункциональных нейрогуморальных ионных сигналов, полученных из ионного синапса на основе HBG.

Используя преимущества этого нового ионостроительного механизма и возможности программируемой ионной передачи, HBG iontronics может индуцировать преобразование электронных входных сигналов в программируемые биоионные сигналы для обслуживания различных носителей биосвязи. Таким образом, ожидается, что HBG iontronics сможет ускорить прогресс в различных биотехнологических приложениях.