近年来，水凝胶等离子导体材料，由于其类似生物组织结构和离子导电的特征，在新兴的物联网应用中逐渐体现出重要功能和发展潜力。武培怡教授课题组此前的研究拓展了它们在多功能离子皮肤（Adv. Mater., 2017, 29, 1700321; Nat. Commun. 2018, 9, 1134; Nat. Commun. 2019, 10, 3429）、无创诊疗贴片（Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2008020）、自供电离子热电池（Joule, 2021, 5, 2211-2222）等方向的应用。

  受此启发，该课题组在人工水凝胶体系中提出了不对称的“三聚体”设计，来模拟生物智能，包括离子选择性、短期可塑性、多模态记忆和逻辑响应。其中，离子选择性水凝胶夹在高盐度水凝胶 (HH) 和低盐度水凝胶之间（LH），通过内部产生的电场来调控离子电流，为人工水凝胶中离子流的时空分布调节奠定了基础。它允许对离子流进行时空操纵以识别、处理和记忆信息，从而实现此前人工水凝胶体系尚未实现的短期可塑性和多模态记忆。此外，透明的三聚体水凝胶在大变形下也能稳定工作，克服了传统半导体电子设备遇到的光学和力学限制。相关工作近期发表在Matter杂志上。

  基于不对称三聚体实现的内部电场，水凝胶整体具有不对称的I-V工作曲线，表现出单向导通的离子整流效应，整流比大约为7.4。在两次连续施加短期电刺激的情况下，水凝胶表现出电流抑制效应，实现对接收信号的钝化作用，模拟了生物神经系统中的刺激保护机制。 

  相比于半导体电子器件，水凝胶离子器件的主要优势在于它们的高度透明性和本征可拉伸性。这里研究人员也证明了整个三聚体水凝胶的光学透明性和变形稳定性。其可见光透明度达到90%以上。此外，由于LH端水凝胶的离子电导率最低，所以整体器件的电阻主要取决于LH。当模量最低的中间层发生变形，包括拉伸和弯曲时，对于整体器件的电阻影响都较小，器件的多个电学性能参数都维持稳定。 

  最后，他们证明了三聚体水凝胶不仅可以独立作为离子皮肤进行应用，实如对温度刺激的实时感知，还可以将从传感器接收到的信号进行实时处理，例如在识别到10秒的压力刺激后，三聚体水凝胶表现出刺激增强的电压感知和逐步遗忘的过程。此外，三聚体水凝胶可以组装成逻辑电路，实现简单的静态逻辑门效果；利用三聚体水凝胶的信息记忆和遗忘，还可以实现动态的逻辑信号输出。 

  该课题得到了国家自然科学基金重点项目 (51733003)等项目的资助与支持。文章在线发表在Matter，第一作者为雷周玥博士，通讯作者为武培怡教授。

  论文链接：https://authors.elsevier.com/a/1gAu19Cyxc-Diq