模拟神经系统中神经递质的传递在可植入突触器件领域有着潜在的应用。因此在突触器件和活细胞之间直接建立生物相容性界面，传递化学信息并形成神经反馈至关重要。虽然有机突触器件因具有柔韧性、可降解性、可变形性和可植入性，已被广泛用于模拟神经递质传递和神经元的突触行为，但是制备对神经递质有高选择性的人工突触器件反射弧，和在生物组织与器件之间直接构建生物相容性界面来形成生物反馈等技术仍存在挑战。
为了解决上述问题，复旦大学分子材料与器件实验室与海军军医大学合作，以神经骨骼肌的信息传递为灵感，构建了一种生物相容的柔性运动反射弧。在这个反射弧中，以神经递质乙酰胆碱(ACh)为化学信号，驱动人工肌肉的收缩。PC-12细胞与有机突触器件直接构建生物界面，并通过KCl溶液刺激细胞分泌乙酰胆碱，被有机突触侧栅上的酶氧化，导致侧栅的电荷状态发生变化，诱导有机突触器件的介电层离子胶的极化，从而调控沟道中有机半导体P3HT的电流，增大有机突触器件的兴奋性电流(EPSC),驱动致动器的弯曲。该装置表现出短期可塑性和对乙酰胆碱的特异性。这种方法为修复神经系统中化学信号的传递和神经肌肉反射弧提供了一种普适性的方法。
图：生物体内神经骨骼肌的信息传递和人工生物细胞耦合的运动突触的比较示意图。(a)神经肌肉传导反射弧示意图。(b) 柔性生物细胞耦合的运动突触器件的结构。
相关研究成果以“A flexible biohybrid reflex arc mimicking neurotransmitter transmission”为题发表在Cell reports physical science上，本文共同第一作者为博士生邵琳和罗实，通讯作者为海军军医大学免疫学研究所郭猛副教授，分子材料与器件实验室魏大程研究员、赵岩青年研究员（Lead contact）、刘云圻院士。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金和博士后科学基金的支持。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.100962