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

Вдохновленные архитектурой нейронального интерфейса биосигналов, исследователи под руководством профессора Вэнь Липина из Технического института физики и химии Китайской академии наук и профессора Чжао Цзыгуана из Университета Китайской академии наук вместе со своими сотрудниками, разработали двухфазную гелевую ионтронику с каскадными свойствами гетероинтерфейса для достижения универсальной электронно-ионной передачи сигнала.

Исследование было опубликовано в журнале Science 2 ноября.

Электронные и ионтронные устройства привлекли значительное внимание, поскольку они устраняют разрыв в коммуникации между абиотическими и биотическими интерфейсами, находя решающие применения в нейронных электродах, нейропротезах и интеллектуальных имплантируемых устройствах. Однако из-за монотонных и одиночных электронных/ионных сигналов, которые не могут соответствовать большему количеству биосовместимой информации, современная электроника и ионтроника 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 механизмы вентилирования нейронных сетей, исследователи разработали каскадно-гетерогенную двухфазную гелевую (HBG) ионтронику, которая облегчает разнообразную ионную передачу между средами.

По мнению исследователей, материалы HBG были синтезированы с помощью контролируемой стратегии жидкостно-жидкостной фазоразделенной полимеризации, объединяющей обогащенные ионами внутренние фазы с непрерывной фазой с низкой проводимостью.

В процессе ионной передачи множественные гетерограницы в материалах HBG играли решающую роль в определении барьеров свободной энергии переноса, испытываемых ионами, и их состояний гидратации-дегидратации. Это фундаментально усилило дифференциацию межфазной передачи между разными ионами на несколько порядков.

Таким образом, может быть реализована многоионная иерархическая передача сигнала, которая тесно коррелирует с иерархическим несоответствием энергетических барьеров переноса ионов.

Кроме того, была успешно создана химически усиленная система HBG, полученная из синергетической комбинации конкретных групп лигандов, для селективной ионной перекрестной передачи сигнала.

Используя эту систему, исследователи добились успешной регуляции электрической активности сердца лягушки-быка, используя различные биофункциональные нейрогуморальные ионные сигналы, полученные из ионного синапса на основе HBG.

Используя преимущества этого нового механизма ионного пропускания и возможности программируемой ионной передачи, ионтроника HBG может вызывать преобразование электронных входных сигналов в программируемые биоионные сигналы для обслуживания различных носителей биокоммуникаций. Таким образом, ожидается, что ионтроника HBG сможет ускорить прогресс в различных биотехнологических приложениях.