近年來，隨著腦科學、再生醫學、人工智能等領域的迅速發展與深度融合，生物神經修復、腦機接口等技術正逐漸從設想變為現實。
人工神經是用于臨床神經修復和腦機接口的重要技術，需要具備能夠放大、記憶、整合、傳遞生物體內微弱且高頻的信號(高達1千赫茲、低于50毫伏)的能力。這要求人工神經同時具備快速響應、高放大能力和良好生物相容性，并實現感知-處理-記憶功能的一體化融合。
傳統硅基電路雖然性能強大，但缺乏對神經遞質等生物化學信號的響應能力，無法實現化學調控，且電路結構復雜、硬質，生物相容性差、難以與柔軟神經組織長期穩定連接等關鍵問題。
針對以上問題，西安交大科研人員開發出可化學調控的人工神經。GIBS結構是在聚合物半導體垂直溝道上順序沉積了具有生物相容和分子摻雜效應的離子導體，可形成連續的電子和離子高速傳輸通道并實現n型摻雜，從而破解了電荷與離子難以同時高效傳輸的難題。此外，GIBS結構能夠抑制上層離子導體對下層聚合物半導體結晶結構的破壞，提供高離子脫嵌勢壘以實現離子的長期存儲，確保了良好的電導記憶性能。同時，上層的離子導體還具有促進細胞生長的作用，為器件提供生物相容性的神經界面。
得益于上述“一石三鳥”的設計，具有GIBS結構的有機電化學晶體管(OECT)實現了高跨導和超快響應速度，綜合性能為目前報道的n型OECT中的最高值。其作為感受器，可對光、電、化學等多模態信號實現高靈敏響應；作為神經元，可通過互補反相器實現248V/V的高電壓增益和1.5kHz的高截止頻率；作為神經突觸，可實現100kHz的高頻電導讀寫和長時間的電導記憶。
由以上三部分均質集成而構建的人工神經，不僅具有良好的生物相容性和長期植入穩定性，還可以在鈣離子的化學介導下以超過250Hz的頻率實現對外界信號的感知-處理-記憶功能，覆蓋了所有已知生物神經的刷新頻率范圍。通過植入實驗，該人工神經成功使神經功能受損的小鼠恢復了條件反射能力。
據介紹，該研究在有機半導體和新興神經電子學領域具有重要科學價值和應用前景，為腦機接口開發和各類神經系統疾病的治療提供了新思路，特別是對脊髓損傷、周圍神經損傷等疾病的修復具有積極意義。
