近日，南方科技大学生物医学工程系肖凯副教授团队在Nature Communications期刊上发表了题为“Bioinspired nanofluidic iontronic device with integrated photoreceptor and photosynaptic functions”的研究型文章。该研究受生物视觉系统中光感受器和光突触的功能启发，成功构建了一种基于碳纳米管/二硫化钼（CNT/MoS₂）异质结构的纳米流体离子电子器件，通过光调控离子传输实现了对生物视觉感知与预处理功能的仿生模拟，并展示了其在方向识别和指纹检测等复杂视觉信息处理中的应用潜力。

      在生物系统中，大约80%的外部信息主要通过视觉系统进行处理。视网膜因其错综复杂的组织结构，成为了视觉感知的门户（图1a）。其中，光感受器细胞和光突触层是最关键的组成部分，前者专门负责光信号的接收，后者则介导信息的存储和层间通讯。光感受器细胞能迅速捕获光刺激，并通过感光蛋白通道将其转换为电信号（图1b）。由此产生的光电信号通过突触连接传播至下游的视网膜神经元，从而实现视觉信息的处理（图1c）。受生物视觉系统的启发，研究人员开发了多种固态光电器件，利用基于半导体的电子-空穴分离机制来模拟光感受器感知和突触预处理功能。然而，光如何触发界面处电子、空穴和离子之间的局部相互作用的机制仍未完全阐明。这一知识空白限制了我们精确模拟生物视觉系统中以离子为介导的信号传输过程的能力。

      近年来，研究者通过调控纳米乃至亚纳米级限域通道内非线性离子传输，成功构建了纳米流体离电子器件，有效模拟了生物突触的信息处理过程。然而，受限于较慢的光响应速度，难以复现光感受器特有的高频视觉信号快速检测能力。鉴于这些局限性，如何在单一纳米流体器件内集成类光感受器的光学传感、光突触信息处理及极性切换功能，仍是仿生视觉信息领域的一项重大挑战。

本文报道了一种基于碳纳米管/二硫化钼异质结构的光控纳米流体离子电子器件，该器件通过“光刺激-电信号-电子/离子耦合-离子信号”的级联转导过程，实现了对生物视觉功能的模拟（图1d）。该平台通过偏压调控光响应动力学，在单一器件内实现了类光感受器与类光突触的双重功能。在无偏压的双端模型中，该器件展现出快速的光电流响应速度以及对光强和波长的特异性响应，成功模拟了光感受器特性。在施加偏压的三端构型中，该器件则表现出光突触特性，包括短时可塑性、长时可塑性以及经验依赖的学习行为。此外，该离子电子器件能在宽范围入射光角度下实现精准的方向识别和稳健的指纹检测（图2），突显了其在生物接口型人工视网膜领域的应用潜力。

该论文第一单位为南方科技大学，生物医学工程系2022级博士生刘文超为论文第一作者，南方科技大学肖凯副教授为论文通讯作者，合作单位包括日本筑波大学、中国科学院大连化学物理研究所。本工作得到了深圳市医学研究专项、国家自然科学基金、广东省科技厅和深圳市科技创新委员会等项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-70337-y

供稿：南方科技大学生物医学工程系