利用流体体系中的阴阳离子模拟神经系统的信息存储和处理功能，对于构筑高效类脑计算芯片、发展智能化脑机交互接口具有重要意义。然而，如何在实验层面构筑结构和功能都高度类脑的流体系统，长期以来面临着离子输运行为调控困难、神经形态功能高度非线性等一系列基础科学问题的挑战。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学研究所活体分析化学实验室于萍课题组近年来一直致力于流体神经形态器件的研究，在器件构筑、传输原理及应用方面取得了系列进展。在前期研究中，该团队设计构筑了聚电解质限域流体体系 (J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1396–1399; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 4590) ，发现了该体系中的忆阻行为，首次实现了突触可塑性的化学调控行为、神经化学信号与电信号转导的模拟 (Science.2023,379,156-161)，并首次实现了离子选择性流体忆阻器的设计和构筑(Proc. Natl. Acad. Sci. 2025, 122, e2417040122)，为发展类化学突触功能器件、神经智能传感、神经形态计算等提供了新的思路。

近期，于萍课题组受神经元工作机制启发，提出了利用聚电解质限域流体体系中的“离子-表面识别/解离过程”调控离子传输行为，构建出流体人工神经元器件。他们在聚咪唑阳离子限域流体体系内引入非对称分布的铁氰根离子，由于两侧溶液环境不同，聚咪唑阳离子和铁氰根离子之间的离子氢键作用，引起限域流体表面电荷与电渗流方向发生交替反转，从而模拟神经元钠钾通道交替开关的行为，在恒定电位下产生类神经元的离子电脉冲行为。基于这一机制，他们不仅成功实现了不同电位下阈值响应性等多种神经元电信号编码规则的模拟，还通过调控识别物种、离子强度、物种浓度等因素，实现了神经形态功能的化学调控和不应期过程中电脉冲阈值变化行为的模拟。该工作基于单个器件同时实现了神经元电脉冲功能、编码规则的模拟和化学调控，首次将限域流体的神经形态功能模拟延拓至神经元层面，为发展基于流体体系的类脑计算和脑机交互提供了新思路。

相关研究结果发表于Nat. Commun.期刊(Nat. Commun. 2026, 17, 238)，文章第一作者是博士后熊天逸，通讯作者为于萍研究员和北京师范大学毛兰群教授，完成单位为中国科学院化学研究所，中国科学院大学和北京师范大学。

生物神经元(左)和流体人工神经元(右)工作机制示意图

活体分析化学实验室

2026年1月27日