研究人员开发出可以制造捕蝇草的人工神经元

研究人员首次展示了一种人造有机神经元,一种神经细胞。

图片来源:自然网

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。

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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。

“我们选择了捕蝇草,这样我们就可以清楚地展示我们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,”实验室有机纳米电子学副教授兼首席研究员 Simone Fabiano 说。有机电子学,林雪平大学,诺尔雪平校区。

2018 年,林雪平大学的研究小组率先开发了互补和可印刷的有机电化学电路——即同时使用 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神经元和突触。 生物系统.结果已发表在《自然通讯》杂志上。

林雪平大学校园。图片:Toheeb Adigun(维基共享资源)

“我们第一次利用晶体管根据离子浓度切换的能力来调节尖峰频率,”有机电子实验室的博士后研究员 Padinhare Cholakkal Harikesh 说。尖峰频率给出了导致生物系统反应的信号。

“我们还表明,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,这使得信号变得越来越有效,”Simone Fabiano 说。

希望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。

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“我们已经开发了基于离子的神经元,类似于我们自己的,可以连接到生物系统。有机半导体具有许多优点——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,对植物和脊椎动物完全无害。”有机电子实验室博士后研究员杨志远解释道。

山姆·德雷珀
2022 年 3 月 21 日

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