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基于光遗传工程化细胞的类生命视觉感知成像器件亮相

记者从中国科学院沈阳自动化研究所获悉,该所类生命机器人研发团队联合清华大学和香港大学科研人员,在基于生命-机电系统深度融合的类生命机器人研究领域取得新进展,研发出一种以光遗传工程化细胞为生物光敏感元件、以单层石墨烯为生物电子界面的类生命光电晶体管,并将其作为核心光电传感单元构建起类生命视觉感知成像系统,从而为研发具有高性能和良好生物兼容性的新型视觉假体提供了新思路和新方法。
日前,该研究成果以《基于光遗传工程化活细胞的类生命光电晶体管》为题在线发表在国际知名学术期刊《生物传感器和生物电子学》。
据悉,研发人员通过在普通人胚胎肾上皮细胞(HEK293)异源表达光敏感跨膜离子通道蛋白(ChR2)获得了作为生物光敏感元件的光遗传工程化细胞,其光感知过程与人眼视网膜受体感知光子的原理相似,即光诱导离子通道打开进而促使细胞去极化并产生生物电信号。
中科院沈阳自动化研究所博士研究生杨佳介绍,为了检测微弱的生物电信号,他们选择了石墨烯这一具备高载流子迁移率的生物兼容性材料,构建起无损、高通量的工程化细胞和机电系统的物理融合和信息检测接口。
据介绍,光敏离子通道蛋白的融入,使类生命光电晶体管具有高出一个数量级

电流响应以及更宽的动态响应范围。光遗传工程化细胞作为该器件的核心成分,其接种密度对器件输出电流具有调控作用,随细胞接种密度的增加,器件的输出电流逐渐增加并趋于饱和。此外,科研人员还利用该类生命光电晶体管构建了视觉感知成像系统。
类生命机器人的研究理念和设计是传统仿生学的进一步发展。沈阳自动化所刘连庆研究员表示,未来仿生学的研究将不限于对生物形态和功能的模仿,还将通过生命材料与机电系统的深度融合,充分利用生命系统固有的功能优势。(记者 郝晓明)

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