电子器件和离电器件被誉为生物-非生物系统之间的桥梁，在神经电极、神经假体和智能可植入设备等领域具有重要应用。然而，与生物神经网络相比，现有的电子和离电设备的单一电子/非差异性离子信息传输无法承载更多生物相容的信息。因此，实现多元离子差异化传输仍然是离电器件领域的重要挑战。

图1. 级联异质门控两相凝胶离电材料的结构和跨界面离子传输    

研究团队构筑了具有离子富集相和连续低电导相的HBG材料。相较于传统的水凝胶离电器件，离子在HBG中需通过跨相传输，经历部分去水合和再水合过程。由于不同离子的本征特性，其水和-去水合能存在差异。该研究指出，当异质门控数量达到特定值时，离子将呈现出由界面迁移能垒主导的传输行为。因此，具有级联异质门控界面的HBG可从根本上放大不同离子间跨界面传输的差异，使不同离子信号传输达到数量级的差别。更重要的是，级联异质门控界面可根据迁移能垒进行离子传输分级，实现多离子分级传输和离子选择性跨级传输。在这项研究中，作者还通过利用源自HBG基离子突触的神经体液离子信号，成功地调节了牛蛙心脏的心电活动。这种离电器件将有望加快各种生物技术应用的发展。    

相关研究结果发表在Science（10.1126/science.adg0059）上，文章第一作者是理化所特别研究助理陈伟鹏，清华大学博士生翟麟鑫和首都医科大学张苏丽副教授，通讯作者为赵紫光副教授和闻利平研究员。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部的大力支持。

招生@合作贴士：该研究团队注重学科交叉，有意向者请联系zhaoziguang@ucas.ac.cn

原文链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adg0059