西安交大开发出可化学调控的人工神经，为脑机接口开发提供新思路

IT之家于3月12日报道，近年来，脑科学、再生医学与人工智能等领域的迅猛发展以及深度融合，使得生物神经修复和脑机接口等技术逐步从理论走向实践。

人工神经在临床神经修复与脑机接口中扮演重要角色，需具备放大、记忆、整合及传递生物体内微弱高频信号（高达1千赫兹、低于50毫伏）的能力。为此，人工神经必须具备快速响应、高放大能力和优良的生物相容性，并实现感知、处理与记忆功能的综合融合。目前的硅基电路虽然性能优异，但缺乏对神经递质及其他生物化学信号的敏感性，无法进行化学调控，同时面临电路结构复杂、硬度大、生物相容性差等一系列问题，使其难以与柔性神经组织长期稳定连接。

为了解决这些挑战，西安交通大学金属材料强度全国重点实验室的马伟教授带领研究团队开发了一款新型具有梯度双连续结构（GIBS）的垂直有机电化学晶体管（v-OECT），构建了一种生物相容性优秀、可进行化学调控的高性能人工神经。相关研究成果已于3月10日在《自然-电子》期刊上发表。

芝加哥大学的Sihong Wang教授及其团队在观点文章中指出，基于GIBS的突触器件速度提升达2000倍，而神经元电路的脉冲发放频率甚至超出了传统OECT轴突-轴丘电路的5倍。这一神经元与突触的集成系统成功模拟了神经冲动对突触权重的增强，预计将对神经修复和脑机接口等多方面发展产生深远影响。

GIBS结构通过顺序沉积生物相容且具有分子掺杂效应的离子导体于聚合物半导体垂直沟道上，形成连通的电子和离子高速传输通道，实现n型掺杂，从而破解电荷与离子效率传输的难题。

此外，GIBS结构能够有效抑制上层离子导体对下层聚合物半导体的结晶结构破坏，并提供高离子脱嵌势垒，从而实现离子的长期存储，确保优异的电导记忆能力。

与此同时，上层的离子导体还促进细胞生长，为器件提供生物相容性的神经界面。得益于这样的创新设计，GIBS结构的有机电化学晶体管（OECT）实现了高跨导和超快响应速度，其综合性能在所有报道的n型OECT中处于最高水平。作为传感器，能够对光、电、化学等多种信号进行灵敏响应；作为神经元，具备互补反相器的高电压增益和高截止频率；作为神经突触，实现高频电导读写和长期电导记忆的能力。

通过三部分的均质集成，该人工神经不仅具备良好的生物相容性和长期植入稳定性，还能在钙离子的化学介导下，以超过250Hz的频率对外部信号进行感知、处理和记忆，覆盖所有已知生物神经的刷新频率范围。

在植入实验中，研发的人工神经成功使神经功能受损的小鼠恢复了条件反射能力。这项研究在有机半导体和新兴神经电子学方面具有显著的科学价值和应用潜力，为脑机接口的开发及各类神经系统疾病的治疗提供了新思路，特别是在脊髓损伤和周围神经损伤的修复中显示出积极意义。

IT之家提供论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41928-025-01357-7

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