近日,复旦大学材料科学系刘云圻院士、赵岩青年研究员和海军军医大学的郭猛副教授合作,以基于聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的有机电化学晶体管(OECT)为基础,设计构建了一种全新的液栅人工突触器件,实现了特定生物分子对其可塑性的特异性调控。
当水溶液中不含有相关生物分子时,栅极脉冲电压只能诱导出明显的短期调控,即脉冲电压停止后,PEDOT:PSS沟道电导能够快速恢复到初始状态。而加入特定的生物分子(葡萄糖)后,由于葡萄糖和葡萄糖氧化酶之间的特异性酶反应产生了额外的质子(阳离子),从而引发了沟道的进一步去掺杂。由于此酶反应不可逆,当脉冲电压停止后,这些质子(阳离子)依然能够较长时间保留在沟道中,从而导致沟道电导缓慢恢复,因此栅极脉冲电压能够诱导出长期调控。该器件模拟了在生物突触中只有特定的神经递质才能特异性地调控突触后膜可塑性的功能。
本工作提供了一种简单且用途广泛的液栅人工突触器件的制备方法。该器件能特异性地与特定生物分子结合,并调控其突触可塑性。该工作为仿神经计算、神经假肢、人机界面等领域内的人工神经网络(ANN)的发展提供了新的思路。
Xinzhao Xu, Haoqin Zhang, Lin Shao, Rong Ma, Meng Guo, Yunqi Liu, Yan Zhao
文章的第一作者是复旦大学博士后许新兆和硕士研究生张昊钦。
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202302723