研究人員首次展示了一種人工有機(jī)神經(jīng)元，一種神經(jīng)細(xì)胞，可以與活植物和人工有機(jī)突觸相結(jié)合。神經(jīng)元和突觸都是由印刷的有機(jī)電化學(xué)晶體管制成的。

連接到肉食性捕蠅草后，人造神經(jīng)細(xì)胞發(fā)出的電脈沖會導(dǎo)致植物的葉子閉合，盡管沒有蒼蠅進(jìn)入捕蠅器。有機(jī)半導(dǎo)體可以傳導(dǎo)電子和離子，因此有助于模擬植物中基于離子的脈沖(動作電位)生成機(jī)制。在這種情況下，小于0.6V的小電脈沖可以在植物中誘發(fā)動作電位，進(jìn)而導(dǎo)致葉片閉合。

“我們選擇了捕蠅草，這樣我們就可以清楚地展示我們?nèi)绾卫萌斯び袡C(jī)系統(tǒng)引導(dǎo)生物系統(tǒng)，并讓它們以相同的語言進(jìn)行交流，”實(shí)驗(yàn)室有機(jī)納米電子學(xué)副教授兼首席研究員SimoneFabiano說。有機(jī)電子學(xué)，林雪平大學(xué)，諾爾雪平校區(qū)。

互補(bǔ)電路

2018年，林雪平大學(xué)的研究小組率先開發(fā)出互補(bǔ)和可印刷的有機(jī)電化學(xué)電路——即使用n型和p型聚合物，它們可以傳導(dǎo)負(fù)電荷和正電荷。這使得構(gòu)建印刷互補(bǔ)有機(jī)電化學(xué)晶體管成為可能。該小組隨后優(yōu)化了有機(jī)晶體管，以便它們可以在印刷機(jī)上在薄塑料箔上制造。數(shù)以千計(jì)的晶體管可以印刷在一個(gè)塑料基板上。

該小組與隆德和哥德堡的研究人員一起使用印刷晶體管來模擬生物系統(tǒng)的神經(jīng)元和突觸。研究結(jié)果已發(fā)表在著名的《自然通訊》雜志上。

“我們第一次利用晶體管根據(jù)離子濃度切換的能力來調(diào)節(jié)尖峰頻率”，有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員PadinhareCholakkalHarikesh說。尖峰頻率給出了導(dǎo)致生物系統(tǒng)反應(yīng)的信號。

學(xué)習(xí)行為

“我們還表明，神經(jīng)元和突觸之間的連接具有一種學(xué)習(xí)行為，稱為赫布學(xué)習(xí)。信息存儲在突觸中，這使得信號變得越來越有效”，SimoneFabiano說。

希望人工神經(jīng)細(xì)胞可用于敏感的人體假肢、緩解神經(jīng)疾病的植入系統(tǒng)和軟智能機(jī)器人。

“我們已經(jīng)開發(fā)了基于離子的神經(jīng)元，類似于我們自己的，可以連接到生物系統(tǒng)。有機(jī)半導(dǎo)體具有許多優(yōu)點(diǎn)——它們具有生物相容性、可生物降解、柔軟且可成型。它們只需要低電壓即可運(yùn)行，對植物和脊椎動物完全無害。”有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室博士后研究員楊志遠(yuǎn)解釋道。

該研究得到了克努特和愛麗絲瓦倫堡基金會、瑞典研究委員會、瑞典戰(zhàn)略研究基金會和瑞典政府在林雪平大學(xué)功能材料材料科學(xué)戰(zhàn)略研究領(lǐng)域等機(jī)構(gòu)的資助。