Highly Selective and Excitable Artificial Ion Channel for Spike Generation

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作者
Qianqian Fu,Lin Wang,Xiaolei Chen,Shangfa Pan,Chang Chen,Lei Jiang,Jun Gao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (51): 71030-71037 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.4c15366
摘要

Cation channels of the neuron can be excited by neurotransmitters and have high ionic selectivity, which are crucial for the generation of spikes. Intuitively, if a channel has both a high ionic selectivity and excitability, it may be used to generate spikes. However, integrating the high selectivity and excitability in a single channel remains highly challenging. In this work, we demonstrate an artificial ion channel based on a wetting film between an oil droplet and a glass substrate. The channel height is dominated by the repulsive electrostatic interaction between the glass/water and water/oil interfaces and is therefore highly adaptable to ambient ions and charged surfactant, setting the basis for flexible control of the open/close state and ion selectivity. The channel stays in a closed state unless excited by an anionic surfactant. Once excited, the channel opens wide for monovalent ions but narrows for divalent ions, exhibiting a selectivity up to >6800. By exploiting such excitability and selectivity, we constructed a prototype artificial neuron for spike generation. Using the anionic surfactant to simulate the neurotransmitter, our artificial neuron can automatically and step-wisely open and close the channel, generating a current spike with adjustable magnitude. We expect our work to inspire the development of biomimetic devices for potential neuromorphic computing applications.
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