南京大学赵伟伟研究团队在National Science Review发表的工作，首次报道了一种具有生化感知功能的金属有机框架（MOFs）人工神经元，该神经元能在水性环境中响应真实神经递质多巴胺，为人工神经元的发展开辟了新视野。

传统人工神经元存在显著局限：以硅或金属氧化物半导体为基础的固态神经元，无法在水性环境中工作，这使得它们无法实现对神经递质或离子调控的神经行为的模拟；而基于混合离子-电子导电聚合物的有机神经元，虽能在水性环境中运行，但在结构和性能要求上存在挑战，例如：特殊功能聚合物的设计与合成过程繁琐。

MOFs作为一类多孔晶体材料，由金属离子中心与有机分子配体通过强键组装而成，具有结构可设计性、可调性和合成可控性等独特性质，在多个领域都有广泛应用。尤其在水环境神经形态器件领域，MOFs凭借其丰富的化学特性、高孔隙率、体积电容和独特的忆阻特性等，展现出巨大应用潜力。

该工作研发的三端MOF神经元，实现了在水性环境中由多巴胺调控的动作电位信号。该神经元的核心是导电MOF材料Ni3(HITP)2，研究人员将其原位沉积在图案化基底上制成 MOF晶体管，进一步与微控制单元及外部电路连接，构建人工神经元。

MOF神经元可实现的复杂功能

该MOF神经元可模拟多种复杂的神经元功能，包括整合发放功能，突触易化诱导的尖峰展宽，以及多巴胺介导的动作电位发放数量和宽度调节。此外，多巴胺调控的动作电位被进一步用来精确控制外围设备，随着多巴胺浓度的提高，机械臂的收缩反应逐渐加快，收缩程度也更加完全。

这项研究首次提出了具有生化感知功能的MOF神经元概念，为人工神经元的发展提供了全新视角，在未来的神经形态生物传感和人工神经网络等领域均具有广阔的探索空间，也充分彰显了MOF材料在人工神经元应用中的巨大潜力。

来源: 《中国科学》杂志社