• 牛津大学的研究人员开发了一套生物相容装置，可以复制或超越许多电子功能，但使用离子作为信号载体。

• 这种“水滴电子装置”由微型软水凝胶液滴制成，可以组合成二极管、晶体管、可重构逻辑门和模拟生物突触的记忆存储设备。

• 研究小组制造了一种生物相容性的垂电子设备，用于记录人类心脏细胞跳动的电信号。

• 该研究为非生物-生物界面、能量存储装置和神经形态计算的微型生物电子系统开辟了道路。

牛津大学的研究人员朝着实现一种“生物电”的形式迈出了重要的一步，这种“生物电”可以用于各种生物工程和生物医学应用，包括与活的人类细胞进行通信。这项研究发表在11月28日的《Science》杂志上。

离子电子器件是生物化学工程中发展最快、最令人兴奋的领域之一。它们不用电，而是模仿人脑，通过离子（带电粒子）传输信息，包括钠离子、钾离子和钙离子。最终，离子电子器件可以实现生物相容性、高能效和高精度的信号系统，包括用于药物输送。

然而，到目前为止，离子电子器件通常被设置在固体支架内，这阻碍了它们与软组织的整合。在这项新研究中，牛津大学的研究人员成功地开发出了由生物相容性水凝胶液滴构建的微型多功能离子电子装置。水凝胶的功能是电子半导体的离子类似物，使离子运动可以像控制电子中的电子运动一样被控制。这些微小的微液滴在表面活性剂（类皂分子）和导电离子的帮助下组装在一起，这些离子在光的触发下连接在一起（这是该小组开发的一项技术）。

研究人员将他们的设备命名为dropletronics，这是一种液滴和离子电子学的化合物。通过制造微型纳米级水凝胶液滴的组合，该团队生产了水滴电子二极管、晶体管、逻辑门和存储设备。液滴电子器件的性能优于迄今为止开发的任何软离子电子器件，包括更高的效率和更快的响应时间。它们甚至可以与固体离子电子器件相媲美，并且具有不嵌入硬基质的额外优势。

该研究的首席研究员Yujia Zhang博士（牛津大学化学系）说：“离子比电子有很多优势：例如，它们具有不同的大小和电荷，这意味着它们可以并行地实现各种功能。通过结合大离子聚合物，我们展示了一种具有长期记忆存储的滴电子装置，这是以前的离子电子方法无法实现的，为神经形态应用提供了一条非常规的途径。”

除了控制离子运动外，水滴电子设备还可以与细胞连接并记录来自细胞的生物信号，因为设备和细胞使用相同的“离子语言”。在这项研究中，研究小组使用该设备生产生物相容性传感器，以记录来自跳动的人类心脏细胞的电信号。

牛津大学拉德克利夫医学院心血管科学副教授Christopher Toepfer博士说：“这是实验室制造的生物传感器的第一个例子，它可以在培养皿中感知并响应人类心脏细胞功能的变化。这一发现是朝着制造更复杂的生物设备迈出的令人兴奋的一步，这些设备将感知器官中的各种异常情况，并通过在体内智能地输送药物来做出反应。”

研究人员设想将水滴电子学与生物物质相结合，这将为直接离子通信提供一种生物相容性方法，包括识别多种重要离子和分子物种的可能性，这将在各个领域开辟新的可能性，特别是临床医学。垂电子电路也可能为构建模拟神经元的离子逻辑系统提供一条途径，用于神经形态信息处理和计算。

Hagan Bayley教授（牛津大学化学系）是这项研究的研究小组负责人，他说：“Zhang博士使用了一种创造性的、高度多学科的方法，包括电化学、聚合物化学、表面物理和设备工程等方面，制造了第一个微型‘水滴电子’设备。这些结构的功能表明，它们可能很快就会被精心设计成实用的设备，在基础科学和医学上都有应用。”

 Microscale droplet assembly enables biocompatible multifunctional modular iontronics