Les scientifiques développent une nouvelle méthode de transmission de signaux électroniques à multi-ioniques

Dans les systèmes biologiques, des réseaux neuronaux complexes dotés d’interfaces synaptiques hautement polarisées sont responsables du traitement et de la transmission de signaux biologiques complexes.

Inspirés par les architectures de biosignal-gating d’interface neuronale, les chercheurs dirigés par le professeur Wen Liping de l’Institut technique de physique et de chimie de l’Académie chinoise des sciences et le professeur Zhao Ziguang de l’Université de l’Académie chinoise des sciences, ainsi que leurs collaborateurs, ont développé une iontronique à gel biphasique avec des propriétés en cascade à hétérointerface pour obtenir une transmission de signal électronique-ionique polyvalente.

L’étude a été publiée dans Science le 2 novembre.

Les dispositifs électroniques et iontroniques ont attiré une attention considérable car ils comblent le fossé de communication entre les interfaces abiotiques et biotiques, trouvant des applications cruciales dans les électrodes neuronales, les neuroprothèses et les dispositifs implantables intelligents. Cependant, en raison de signaux électroniques/ioniques monotones et uniques qui ne peuvent pas correspondre à des informations plus biocompatibles, l’électronique et l’iontronique de pointe ont été limitées.

La reconnaissance sophistiquée et le contrôle précis de divers signaux bioioniques dans des dispositifs artificiels destinés à des environnements biologiques complexes restent donc un défi de taille.

Dans cette étude, en imitant les mécanismes de déclenchement interfaciaux hiérarchiques des réseaux neuronaux, les chercheurs ont développé des iontroniques à gel biphasique hétérogène en cascade (HBG) qui facilitent diverses transmissions ioniques entre supports.

Les matériaux HBG, selon les chercheurs, ont été synthétisés grâce à une stratégie de polymérisation contrôlée liquide-liquide à phases séparées, intégrant les phases internes enrichies en ions avec la phase continue à faible conductivité.

Dans le processus de transmission ionique, les multiples hétérointerfaces au sein des matériaux HBG ont joué un rôle essentiel dans la détermination des barrières d’énergie sans transfert rencontrées par les ions et de leurs états d’hydratation-déshydratation. Cela a fondamentalement amplifié la différenciation de la transmission inter-interface entre différents ions de plusieurs ordres de grandeur.

De cette manière, une transmission de signaux hiérarchiques multi-ioniques, fortement corrélée à la divergence hiérarchique des barrières d’énergie de transfert ionique, pourrait être réalisée.

De plus, un système HBG chimiquement amélioré dérivé de la combinaison synergique de groupes de ligands spécifiques a été construit avec succès pour la transmission sélective de signaux ioniques à plusieurs étages.

Grâce à ce système, les chercheurs ont réussi à réguler l’activité électrique cardiaque des cœurs de ouaouarons en utilisant divers signaux ioniques neurohumoraux biofonctionnels dérivés de la synapse ionique basée sur l’HBG.

En tirant parti de ce nouveau mécanisme de déclenchement d’ions et de la capacité de transmission ionique programmable, la technologie iontronique HBG peut induire la conversion de signaux d’entrée électroniques en signaux bioioniques programmables pour servir divers supports de biocommunication. On s’attend donc à ce que l’iontronique HBG soit en mesure d’accélérer les progrès dans diverses applications biotechnologiques.