Tausende organisch-chemische Transistoren lassen sich kleinflächig auf dünne Plastikfolie drucken. Universität Linköping/Thor Balkhed
Eine Gruppe von Forschernhat ein künstliches organisches Neuron produziert, oder eine Nervenzelle, die erstmals mit einer lebenden Pflanze und einer künstlichen organischen Synapse integriert werden kann.
Die Forscher nutzten die fleischfressende Venusfliegenfalle, um zu demonstrieren, wie sie mit dem künstlichen organischen System, das aus gedruckten organischen elektrochemischen Transistoren besteht, das biologische System lenken und zur Kommunikation bringen können.
Ihr erfinderischer Ansatz ermöglichte es ihnen, elektrische Impulse von der künstlichen Nervenzelle zu nutzen, um die Blätter der Pflanze zum Schließen zu bringen, obwohl keine Fliege in die Falle eingedrungen war.
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Engineering künstlicher Nervenzellen
Die Ursprünge der Studie gehen auf das Jahr 2018 zurück, als eine Gruppe von Forschern der Universität Linköping als erste komplementäre und druckbare organische elektrochemische Schaltkreise konstruierte. Mit anderen Worten, sowohl n-Typ- als auch p-Typ-Polymere leiten negative bzw. positive Ladungen. GedrucktDadurch wurden komplementäre organische elektrochemische Transistoren verfügbar.
Die organischen Transistoren wurden dann von den Forschern so optimiert, dass sie in Druckmaschinen auf dünner Kunststofffolie hergestellt werden konnten. Die Forscher gaben an, dass Tausende von Transistoren auf einem einzigen Kunststoffsubstrat hergestellt werden können.
Laut der Studie setzten die Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit Forschern aus Lund und Göteborg gedruckte Transistoren ein, um die Neuronen und Synapsen des biologischen Systems zu emulieren.veröffentlicht in Naturkommunikation.
"Zum ersten Mal nutzen wir die Fähigkeit des Transistors, basierend auf der Ionenkonzentration zu schalten, um die Spiking-Frequenz zu modulieren", sagte Padinhare Cholakkal Harikesh, Postdoktorand am Laboratory of Organic Electronics, der an der Studie teilnimmt.
Von Prothesen zu Softrobotik
Das Signal, das das biologische System zur Reaktion antreibt, wird durch die Spiking-Frequenz geliefert. Während der Studie entdeckten die Forscher auch, dass die Neuron-Synapsen-Verbindung ein Lernverhalten aufweist, das als Hebbsches Lernen bekannt ist. Es wurde festgestellt, dass die Synapse Informationen speichert,was die Wirksamkeit der Signalisierung erhöht.
„Wir haben ionenbasierte Neuronen entwickelt, ähnlich wie unsere eigenen, die mit biologischen Systemen verbunden werden können. Organische Halbleiter haben zahlreiche Vorteile – sie sind biokompatibel, biologisch abbaubar, weich und formbar. Sie benötigen nur eine niedrige Spannung, um zu funktionieren,das sowohl für Pflanzen als auch für Wirbeltiere völlig ungefährlich ist", erklärt Chi-Yuan Yang, Postdoktorand am Labor für Organische Elektronik.
Die Forscher hoffen, dass künstliche Nervenzellen für empfindliche menschliche Prothesen, implantierbare Systeme zur Linderung neurologischer Erkrankungen eingesetzt werden können, und weiche intelligente Robotik.