一直以来，地球上的生物体主要靠离子传递电信号，各种离子就像一颗颗小球，在受到电信号等的刺激时，有序向目的地前进。而人工电子电路则主要依靠电子进行信号传输。
近年来，能够将离子和电子的电荷转移与信号转换结合的离电器件引起广泛关注。这些器件在生物和非生物系统之间发挥着纽带作用，在神经电极、神经假体、智能可植入设备等领域有着广阔的应用前景。
“然而，现有的离电器件普遍存在一个局限，即它们仅具有单一电子或离子信息载体，难以容纳更多生物相容信息。如何实现多种生物离子信号的有效可控传输，关联复杂生物系统，一直是个难题。”论文通讯作者、中国科学院理化所研究员闻利平说。
受神经界面门控结构的启发，在中国科学院理化所江雷院士的指导下，闻利平和中国科学院大学副教授赵紫光联合清华大学教授徐志平以及首都医科大学教授刘慧荣，构建了具有离子富集相和连续低电导相的双相凝胶离电器件。
“在电场的作用下，离子部分去水合和再水合的过程将交替而连续地进行。由于不对称化学结构和空间尺寸的影响，异质界面将扮演多重‘门’的作用，迫使离子‘小球’脱掉由水分子组成的‘外套’，而它们脱掉‘外套’的难易程度是不一样的，这将使不同离子信号的传输产生数量级的区别。”赵紫光说，因此在不同电压刺激下，该器件可对离子传输能垒进行排序和控制，让“小球有序奔跑”，实现多元离子的分级传输。
闻利平表示，这项研究成果有望在神经拟态信号传输方面发挥重要作用，为实现生物—非生物系统的多元复杂信号通讯提供新的思路和方法。
