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生物使用離子傳導(dǎo)信號(hào)來(lái)執(zhí)行各種功能，包括通過(guò)感覺(jué)、神經(jīng)和肌肉系統(tǒng)與環(huán)境發(fā)生相互作用。生物的交流可以通過(guò)生物膜內(nèi)外離子濃度差來(lái)控制離子的流動(dòng)，瞬時(shí)打開(kāi)跨膜通道使離子通過(guò)。 新興的生物學(xué)研究表明，氧化還原模式對(duì)于生物與其環(huán)境的相互作用也特別重要，其為生物通訊提供了一種獨(dú)特的方式。生物體使用不同的機(jī)制來(lái)控制電荷載流子的流動(dòng)：可溶性離子的流動(dòng)是使用結(jié)構(gòu)屏障（例如膜）和門(mén)（例如跨膜蛋白通道）來(lái)控制的，而不溶性電子的流動(dòng)是使用氧化還原反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制的（圖1）。

圖1. (a) 離子通道涉及可溶性離子跨膜運(yùn)輸。(b) 基于電子的氧化還原活性涉及不溶性電子的流動(dòng)，通過(guò)氧化還原反應(yīng)形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為模擬生物體內(nèi)氧化還原模式的電子流動(dòng)，作者采用了一種簡(jiǎn)單的電化學(xué)方法，將鄰苯二酚圖案化修飾到殼聚糖/瓊脂糖多糖水凝膠上，通過(guò)鄰苯二酚節(jié)點(diǎn)的電子流改變水凝膠的氧化還原狀態(tài)，該節(jié)點(diǎn)的氧化還原狀態(tài)可以通過(guò)被動(dòng)觀察其光學(xué)吸光度，或主動(dòng)電化學(xué)方法來(lái)檢測(cè)（即“讀取”）。并發(fā)現(xiàn)了圖案化的鄰苯二酚區(qū)域，可以作為氧化還原反應(yīng)介導(dǎo)的電子流動(dòng)的節(jié)點(diǎn)（圖2）。此外，該鄰苯二酚節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)生物機(jī)制進(jìn)行切換，這使得制備的鄰苯二酚節(jié)點(diǎn)能夠嵌入生物化學(xué)氧化還原反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中，促進(jìn)生物電子的通訊。因此，具有氧化還原活性的圖案化水凝膠可以作為一個(gè)重要的分子電路元件，應(yīng)用于小型化、可部署和可持續(xù)的氧化還原生物電子學(xué)領(lǐng)域。

相關(guān)成果以“Hydrogel Patterning with Catechol Enables Networked Electron Flow”為題，發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Advanced Functional Materials》上。論文第一作者為武漢大學(xué)博士吳思，通訊作者為武漢大學(xué)施曉文教授和美國(guó)馬里蘭大學(xué)帕克分校Gregory F. Payne教授。DOI：10.1002/adfm.202007709

圖2. 模擬和實(shí)驗(yàn)演示了網(wǎng)狀電子流動(dòng)。（a，b，c）鄰苯二酚修飾的水凝膠能夠與氧化還原介質(zhì)形成網(wǎng)狀電子流動(dòng)。（d，e，f）非網(wǎng)狀電子流動(dòng)模型。

信息來(lái)源:科研志

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