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西安交大研發新型人工神經,助力腦機接口與神經修復領域突破

   時間:2025-03-12 15:24 來源:ITBEAR作者:楊凌霄

在科技日新月異的今天,生物神經修復與腦機接口技術正逐步走出實驗室,邁向實際應用。這一進展的背后,離不開人工神經技術的突破。人工神經,作為連接臨床神經修復與腦機接口的關鍵橋梁,其核心在于高效處理生物體內微弱且高頻的信號。

傳統硅基電路盡管性能卓越,但在面對神經遞質等生物化學信號時顯得力不從心,無法實現化學調控。其復雜的電路結構、硬質特性以及與柔軟神經組織連接的不穩定性,都成為制約其在人工神經領域應用的瓶頸。因此,開發一種新型人工神經材料,成為科學家們亟待解決的問題。

西安交通大學金屬材料強度全國重點實驗室的馬偉教授研究團隊,在這一領域取得了重大突破。他們設計了一種具有梯度雙連續結構(GIBS)的垂直有機電化學晶體管(v-OECT)器件,為構建高性能、生物相容性好的人工神經提供了可能。這一研究成果已在《自然-電子》期刊上發表。

GIBS結構通過在聚合物半導體垂直溝道上順序沉積離子導體,實現了電子和離子的高速傳輸,并解決了電荷與離子難以同時高效傳輸的難題。這一設計不僅提高了器件的性能,還確保了良好的電導記憶性能。上層的離子導體還具有促進細胞生長的作用,為器件提供了生物相容性的神經界面。

具有GIBS結構的v-OECT器件,在作為感受器時,能對光、電、化學等多模態信號實現高靈敏響應;作為神經元時,能通過互補反相器實現高電壓增益和高截止頻率;作為神經突觸時,則能實現高頻電導讀寫和長時間的電導記憶。這一人工神經的構建,不僅覆蓋了所有已知生物神經的刷新頻率范圍,還具有良好的生物相容性和長期植入穩定性。

實驗證明,該人工神經在植入神經功能受損的小鼠體內后,成功使其恢復了條件反射能力。這一成果在有機半導體和新興神經電子學領域具有重要意義,為腦機接口的開發和神經系統疾病的治療提供了新思路。特別是對于脊髓損傷、周圍神經損傷等疾病的修復,這一研究具有積極的推動作用。

芝加哥大學的Sihong Wang教授團隊也對這一研究給予了高度評價。他們認為,基于GIBS的突觸器件響應速度得到了顯著提升,而神經元電路則實現了更高的脈沖發放頻率。這一神經元-突觸集成系統模仿了神經沖動對突觸權重的增強,對于神經修復、腦機接口等領域的發展將產生深遠影響。

 
 
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