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　　記者2月7日從中國科學(xue)院沈陽自動(dong)化研究所(以下簡稱沈陽自動(dong)化所)獲悉，該所類(lei)生(sheng)命(ming)機器人(ren)研發團隊聯合(he)清(qing)華大學(xue)和(he)香港大學(xue)科研伙伴，在基于生(sheng)命(ming)-機電系統深度融(rong)合(he)的類(lei)生(sheng)命(ming)機器人(ren)研究領域取得新進展。

　　該所研(yan)發了一種(zhong)以光(guang)遺(yi)傳工程化細(xi)胞(bao)為(wei)生(sheng)(sheng)物光(guang)敏感元件、以單(dan)層石墨(mo)烯為(wei)生(sheng)(sheng)物電(dian)(dian)子界面的類生(sheng)(sheng)命光(guang)電(dian)(dian)晶體管，并將(jiang)其作為(wei)核(he)心光(guang)電(dian)(dian)傳感單(dan)元構建了類生(sheng)(sheng)命視(shi)覺(jue)感知成像系(xi)統，為(wei)研(yan)發具有高性能(neng)和良好生(sheng)(sheng)物兼容性的新型視(shi)覺(jue)假體提供(gong)了新思(si)路和新方法。

　　科研人員通(tong)過在普通(tong)人胚胎腎上皮細(xi)胞(HEK293)異源表達光(guang)敏感(gan)跨膜離子(zi)通(tong)道蛋白(ChR2)獲得了作(zuo)為生物(wu)(wu)光(guang)敏感(gan)元件(jian)的(de)(de)光(guang)遺傳工(gong)程化細(xi)胞，其(qi)光(guang)感(gan)知(zhi)過程與人眼視網膜受體感(gan)知(zhi)光(guang)子(zi)的(de)(de)原理(li)(li)相(xiang)似(si)，即光(guang)誘導離子(zi)通(tong)道打開(kai)進而促(cu)使細(xi)胞去極化，并(bing)產生生物(wu)(wu)電(dian)信(xin)(xin)號(hao)。為了檢測微弱(ruo)的(de)(de)生物(wu)(wu)電(dian)信(xin)(xin)號(hao)，選擇(ze)了石墨烯這一具備高載流子(zi)遷移率的(de)(de)生物(wu)(wu)兼(jian)容(rong)性材(cai)料，構建了無損、高通(tong)量的(de)(de)工(gong)程化細(xi)胞和機電(dian)系統的(de)(de)物(wu)(wu)理(li)(li)融合和信(xin)(xin)息檢測接(jie)口。

　　據沈(shen)陽自動化所博(bo)士研究(jiu)生楊佳(jia)介紹，光(guang)(guang)遺傳工程(cheng)化細胞(bao)起到了晶(jing)體管柵(zha)極的(de)作用，其光(guang)(guang)門控作用可(ke)調控單層石(shi)墨烯溝道的(de)電導(dao)特性(xing);石(shi)墨烯將生物細胞(bao)光(guang)(guang)誘導(dao)跨膜電流進行耦(ou)合并轉換為晶(jing)體管器(qi)件的(de)電流輸出，該(gai)輸出電流可(ke)以反過來表征光(guang)(guang)強信息。

　　光(guang)敏(min)離子通(tong)道蛋白的(de)融(rong)入(ru)，使(shi)類(lei)生(sheng)(sheng)命(ming)光(guang)電(dian)晶體管(guan)具有(you)(you)高出一個數量級的(de)電(dian)流(liu)響(xiang)應(ying)(ying)以及更(geng)寬的(de)動態響(xiang)應(ying)(ying)范圍。光(guang)遺(yi)傳工程化(hua)細(xi)胞作(zuo)為該器(qi)件的(de)核心成分，其(qi)接種(zhong)密度(du)對器(qi)件輸(shu)出電(dian)流(liu)具有(you)(you)調控作(zuo)用(yong)，隨細(xi)胞接種(zhong)密度(du)的(de)增加(jia)，器(qi)件的(de)輸(shu)出電(dian)流(liu)逐漸增加(jia)并趨于飽和。通(tong)過光(guang)電(dian)響(xiang)應(ying)(ying)性能研(yan)究還(huan)發現(xian)，該器(qi)件具有(you)(you)良好的(de)響(xiang)應(ying)(ying)重復性，具備穩定的(de)開(kai)(kai)關響(xiang)應(ying)(ying)和可忽略的(de)遲(chi)滯現(xian)象(xiang)，常溫(wen)開(kai)(kai)關比和光(guang)響(xiang)應(ying)(ying)度(du)分別為197.5和1.37mAW-1。與其(qi)他(ta)基于生(sheng)(sheng)物光(guang)敏(min)元(yuan)件的(de)光(guang)電(dian)探測器(qi)相比較(jiao)，該類(lei)生(sheng)(sheng)命(ming)光(guang)電(dian)晶體管(guan)具有(you)(you)顯著的(de)響(xiang)應(ying)(ying)時間優勢，可達到25ms。

　　基于(yu)這些(xie)優勢，科研(yan)人員還進一(yi)步利用該類(lei)生(sheng)命光電晶體(ti)管(guan)構建(jian)了視(shi)(shi)覺(jue)(jue)(jue)感知(zhi)(zhi)成像系(xi)統。已(yi)有研(yan)究報(bao)道證明(ming)，視(shi)(shi)網(wang)膜的(de)視(shi)(shi)細胞將感知(zhi)(zhi)的(de)光強(qiang)(qiang)信(xin)(xin)息轉(zhuan)換為電脈沖信(xin)(xin)號(hao)(hao)，通過外側膝(xi)狀體(ti)傳遞到初級視(shi)(shi)覺(jue)(jue)(jue)皮層(ceng)，視(shi)(shi)覺(jue)(jue)(jue)皮層(ceng)即可產生(sheng)灰(hui)(hui)度圖(tu)像。在所搭建(jian)的(de)視(shi)(shi)覺(jue)(jue)(jue)感知(zhi)(zhi)成像系(xi)統中，光遺傳工程化(hua)細胞相當于(yu)視(shi)(shi)網(wang)膜的(de)視(shi)(shi)細胞，將由(you)光強(qiang)(qiang)編(bian)碼的(de)視(shi)(shi)覺(jue)(jue)(jue)信(xin)(xin)息轉(zhuan)換為跨膜電信(xin)(xin)號(hao)(hao)，其中的(de)非生(sheng)物(wu)成分相當于(yu)外側膝(xi)狀體(ti)，將細胞跨膜生(sheng)物(wu)電信(xin)(xin)號(hao)(hao)進行轉(zhuan)換，并通過后端的(de)信(xin)(xin)號(hao)(hao)采集系(xi)統和計算實現灰(hui)(hui)度圖(tu)像的(de)重建(jian)。

　　該(gai)研(yan)究證明了(le)直接利用(yong)生(sheng)(sheng)命(ming)材料進行視(shi)覺感知的(de)(de)可能性(xing)(xing)，也為研(yan)發具有高性(xing)(xing)能和良好生(sheng)(sheng)物(wu)兼容性(xing)(xing)的(de)(de)新型視(shi)覺假(jia)體提(ti)供了(le)新思路和新方法(fa)。“類生(sheng)(sheng)命(ming)機(ji)器人(ren)的(de)(de)研(yan)究理念和設計是傳統仿生(sheng)(sheng)學的(de)(de)進一步發展，未來仿生(sheng)(sheng)學的(de)(de)研(yan)究將不限于對生(sheng)(sheng)物(wu)形(xing)態和功能的(de)(de)模仿，還將通(tong)過(guo)生(sheng)(sheng)命(ming)材料與機(ji)電系統的(de)(de)深度融合，充分利用(yong)生(sheng)(sheng)命(ming)系統固有的(de)(de)功能優(you)勢。”沈陽自動化所研(yan)究員劉連慶如是說。