中国科学家在类生命机器人研究领域取得新进展

2021-02-08 王景巍 中国新闻网

从中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)获悉,该所类生命机器人研发团队联合清华大学和香港大学科研伙伴,在基于生命-机电系统深度融合的类生命机器人研究领域取得新进展。

从中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)获悉,该所类生命机器人研发团队联合清华大学和香港大学科研伙伴,在基于生命-机电系统深度融合的类生命机器人研究领域取得新进展。

该所研发了一种以光遗传工程化细胞为生物光敏感元件、以单层石墨烯为生物电子界面的类生命光电晶体管,并将其作为核心光电传感单元构建了类生命视觉感知成像系统,为研发具有高性能和良好生物兼容性的新型视觉假体提供了新思路和新方法。

科研人员通过在普通人胚胎肾上皮细胞(HEK293)异源表达光敏感跨膜离子通道蛋白(ChR2)获得了作为生物光敏感元件的光遗传工程化细胞,其光感知过程与人眼视网膜受体感知光子的原理相似,即光诱导离子通道打开进而促使细胞去极化,并产生生物电信号。为了检测微弱的生物电信号,选择了石墨烯这一具备高载流子迁移率的生物兼容性材料,构建了无损、高通量的工程化细胞和机电系统的物理融合和信息检测接口。

据沈阳自动化所博士研究生杨佳介绍,光遗传工程化细胞起到了晶体管栅极的作用,其光门控作用可调控单层石墨烯沟道的电导特性;石墨烯将生物细胞光诱导跨膜电流进行耦合并转换为晶体管器件的电流输出,该输出电流可以反过来表征光强信息。

光敏离子通道蛋白的融入,使类生命光电晶体管具有高出一个数量级的电流响应以及更宽的动态响应范围。光遗传工程化细胞作为该器件的核心成分,其接种密度对器件输出电流具有调控作用,随细胞接种密度的增加,器件的输出电流逐渐增加并趋于饱和。通过光电响应性能研究还发现,该器件具有良好的响应重复性,具备稳定的开关响应和可忽略的迟滞现象,常温开关比和光响应度分别为197.5和1.37mAW-1。与其他基于生物光敏元件的光电探测器相比较,该类生命光电晶体管具有显著的响应时间优势,可达到25ms。

基于这些优势,科研人员还进一步利用该类生命光电晶体管构建了视觉感知成像系统。已有研究报道证明,视网膜的视细胞将感知的光强信息转换为电脉冲信号,通过外侧膝状体传递到初级视觉皮层,视觉皮层即可产生灰度图像。在所搭建的视觉感知成像系统中,光遗传工程化细胞相当于视网膜的视细胞,将由光强编码的视觉信息转换为跨膜电信号,其中的非生物成分相当于外侧膝状体,将细胞跨膜生物电信号进行转换,并通过后端的信号采集系统和计算实现灰度图像的重建。

该研究证明了直接利用生命材料进行视觉感知的可能性,也为研发具有高性能和良好生物兼容性的新型视觉假体提供了新思路和新方法。“类生命机器人的研究理念和设计是传统仿生学的进一步发展,未来仿生学的研究将不限于对生物形态和功能的模仿,还将通过生命材料与机电系统的深度融合,充分利用生命系统固有的功能优势。”沈阳自动化所研究员刘连庆如是说。

版权声明:
本网站所有注明“来源:梅斯医学”或“来源:MedSci原创”的文字、图片和音视频资料,版权均属于梅斯医学所有。非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:梅斯医学”。其它来源的文章系转载文章,本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
在此留言
评论区 (1)
#插入话题
  1. 2021-02-08 ms9000001954130276

    太棒了

    0

相关资讯

外媒:美国辉瑞等疫苗受益于中国科学家对病毒全基因组测序

新冠肺炎疫情还在全球蔓延,抗击疫情需要全球携手应对,需要各国科研人员通力合作。英国《卫报》12月6日发文追溯了全球科学家从发现病毒结构到疫苗研究的最新进展,并认为中国疾病预防控制中心传染病所研究员、上

加拿大阿尔伯塔大学科学家获诺贝尔奖 正在研发新冠疫苗

2020年诺贝尔生理学或医学奖已于10月5日揭晓,三位科学家由于对发现丙型肝炎病毒作出决定性贡献而获殊荣。加拿大阿尔伯塔大学病毒学家迈克尔·霍顿(Michael Houghton)名列其

《柳叶刀》总编辑:中国科学家果断、负责应对新冠疫情

英国知名医学期刊《柳叶刀》总编辑理查德·霍顿日前在英国《卫报》撰文说,在应对新冠疫情的过程中,中国科学家果断、负责地采取行动,保护人民健康。

令人担忧!科学家警告称新冠病毒可能损伤大脑

外媒称,科学家警告说,新冠病毒可能会导致脑损伤,因为有新证据表明,新冠病毒可能引发严重的神经并发症,包括炎症、精神错乱和谵妄。

虚实“组合拳”!中、荷科学家合作创制,肝癌精准治疗造福患者

记者3日获悉,上海交通大学医学院附属仁济医院上海市肿瘤研究所(下称:上海市肿瘤研究所)与荷兰癌症研究所合作研究创新制定了肝癌治疗精准策略。科学家们利用肝癌细胞的自身特点,如相关基因突变,先将肝癌细胞诱导进入细胞衰老状态,再特异清除肝癌细胞,这样的治疗模式对人体正常生长细胞并无影响。这种组合拳式或分步式(“One-twopunch”)治疗,可避免患者接受化疗,因严重毒副作用而受苦的现状。上海市肿瘤研

科学家研发抗体注射剂 希望找到新的癌症治疗方法

以色列科学家发现,癌细胞膜上有种蛋白质,能抑制人体的免疫系统,让癌症无干扰地增殖。具体来说,就是癌细胞的膜蛋白通过让自然杀手细胞(白细胞)失去功能,从而保护癌细胞生长。为此,他们将癌细胞膜蛋白作为研究对象,研发抗体注射剂,希望找到新的癌症治疗方法。以色列本古里安大学卫生学院Shraga Segal微生物学、免疫学和遗传学系教授安杰尔·普加多团队的研究证实,在癌症生存或增殖中,癌细胞膜中存在着某种非