Biomolecular Neuristors from Functionalized Lipid Membranes

材料科学 纳米技术 脂质双层 化学工程 生物化学 生物 工程类
作者
Michelle M. Makhoul-Mansour,Joshua J. Maraj,Robert J. Pyron,Francisco N. Barrera,Stephen A. Sarles
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (49) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202409296
摘要

Abstract Modeled after biological neurons, neuristors are emerging hardware that generate recurring voltage spikes in response to electrical stimulation. This type of excitability can enable transistor‐free spiking neural networks for efficient signal processing and computing. Yet, most neuristors consist of circuits containing numerous devices, thus complicating fabrication and increasing size, power usage, and cost. In contrast, it is shown that a single, 5nm‐thick lipid membrane functionalized with voltage‐activated peptides functions as a two‐terminal, ultra‐low power (fW‐pW) artificial neuristor in response to supplied current. Specifically, the biomolecular membrane generates stochastic voltage oscillations (10–150 mV) in response to direct currents (|5–40| pA), and is capable of generating two distinct types of action potentials fast (≈1–50 ms) and slow (≈1–2 s) spikes via distinct physical mechanisms. This discovery showcases the inherent multifunctionality and modularity of engineered biomembranes, and it contributes to an expanding suite of ionic and biomolecular devices designed with synapse and neuron functionalities for emerging computing architectures.

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