基于光遺傳工程化活細胞的類生命光電晶體管

記者從中國科學院沈陽自動化研究所獲悉，該所類生命機器人研發(fā)團隊聯(lián)合清華大學和香港大學科研人員，在基于生命-機電系統(tǒng)深度融合的類生命機器人研究領域取得新進展，研發(fā)出一種以光遺傳工程化細胞為生物光敏感元件、以單層石墨烯為生物電子界面的類生命光電晶體管，并將其作為核心光電傳感單元構(gòu)建起類生命視覺感知成像系統(tǒng)，從而為研發(fā)具有高性能和良好生物兼容性的新型視覺假體提供了新思路和新方法。

日前，該研究成果以《基于光遺傳工程化活細胞的類生命光電晶體管》為題在線發(fā)表在國際知名學術(shù)期刊《生物傳感器和生物電子學》。

據(jù)悉，研發(fā)人員通過在普通人胚胎腎上皮細胞（HEK293）異源表達光敏感跨膜離子通道蛋白（ChR2）獲得了作為生物光敏感元件的光遺傳工程化細胞，其光感知過程與人眼視網(wǎng)膜受體感知光子的原理相似，即光誘導離子通道打開進而促使細胞去極化并產(chǎn)生生物電信號。

基于光遺傳工程化細胞的類生命光電晶體管用于視覺感知成像

中科院沈陽自動化研究所博士研究生楊佳介紹，為了檢測微弱的生物電信號，他們選擇了石墨烯這一具備高載流子遷移率的生物兼容性材料，構(gòu)建起無損、高通量的工程化細胞和機電系統(tǒng)的物理融合和信息檢測接口。

據(jù)介紹，光敏離子通道蛋白的融入，使類生命光電晶體管具有高出一個數(shù)量級的電流響應以及更寬的動態(tài)響應范圍。光遺傳工程化細胞作為該器件的核心成分，其接種密度對器件輸出電流具有調(diào)控作用，隨細胞接種密度的增加，器件的輸出電流逐漸增加并趨于飽和。此外，科研人員還利用該類生命光電晶體管構(gòu)建了視覺感知成像系統(tǒng)。

類生命機器人的研究理念和設計是傳統(tǒng)仿生學的進一步發(fā)展。沈陽自動化所劉連慶研究員表示，未來仿生學的研究將不限于對生物形態(tài)和功能的模仿，還將通過生命材料與機電系統(tǒng)的深度融合，充分利用生命系統(tǒng)固有的功能優(yōu)勢。

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