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用人造有机神经元控制生物系统

作者:Magigen

瑞典林雪平大学的研究人员首次展示了一种人工有机神经元,一种神经细胞,可以与活植物和人工有机突触结合。神经元和突触都是由印刷的有机电化学晶体管制成的。

连接到肉食性捕蝇草后,人造神经细胞发出的电脉冲会导致植物的叶子闭合,尽管没有苍蝇进入捕蝇器。有机半导体可以传导电子和离子,因此有助于模拟植物中基于离子的脉冲(动作电位)生成机制。在这种情况下,小于 0.6 V 的小电脉冲可以在植物中诱发动作电位,进而导致叶片闭合。

研究人员选择了捕蝇草,这样就可以清楚地展示如何利用人工有机系统来引导生物系统,并让它们以相同的语言进行交流。

2018 年,林雪平大学的研究小组率先开发出互补和可印刷的有机电化学电路,同时使用n型和p型聚合物,它们可以传导负电荷和正电荷。这使得构建印刷互补有机电化学晶体管成为可能。该小组随后优化了有机晶体管,以便它们可以在印刷机上、在薄塑料箔上制造。数以千计的晶体管可以印刷在一个塑料基板上。该小组与隆德和哥德堡的研究人员一起使用印刷晶体管来模拟生物系统的神经元和突触。

该研究结果已发表在著名的《自然通讯》杂志上。

这是人们第一次使用晶体管,基于离子浓度切换的能力,来调制放电频率。

放电频率给出了导致生物系统反应的信号。

研究表明,神经元和突触之间的连接具有一种学习行为,称为 Hebbian学习。信息存储在突触中,这使得信号越来越有效。

人工神经细胞可用于敏感的人体假肢、缓解神经疾病的植入系统和软智能机器人。

研究人员已经开发出类似于人类的、基于离子的神经元,可以连接到生物系统。有机半导体具有许多优势,它们具有生物相容性、可生物降解、柔软且可成型。它们只需要低电压即可运行,即对植物和脊椎动物完全无害。

该研究得到了克努特和爱丽丝瓦伦堡基金会、瑞典研究委员会、瑞典战略研究基金会和瑞典政府在林雪平大学功能材料材料科学战略研究领域等机构的资助。


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