在生物神经系统中，兴奋性与抑制性（E/I）信号的动态平衡是实现复杂神经功能和精确运动控制的基础。受此启发，科学家们一直致力于构建人工神经形态器件。然而，传统的固态忆阻器主要依赖电子/空穴传输，与生物突触的离子介导机制存在本质区别，现有的流体忆阻器则通常需要外加驱动电压，且部分体系涉及生物不相容的金属离子，制约其在人机交互与神经形态计算中的应用。

  针对以上挑战，北京林业大学彭锋教授、陈阁谷教授及陈玉鹏副教授团队提出利用溶解浆工业废弃物木聚糖调控MXene表面电性，构建出正负电性纳流体膜（PCM和NCM），开发光调控的二维纳米流体离子忆阻器。在非对称KCl浓度梯度驱动下，PCM选择性输运Cl?模拟抑制性突触，NCM选择性输运K?模拟兴奋性突触，且无需任何外部偏压（图1）。

  2026年5月21日，相关论文以“Light-Modulated Xylan-Reinforced Nanofluidic Memristor for Ionic Neural Network-Based Robot Movement Modulation”为题，发表在Advanced Materials上。北京林业大学博士研究生宋光辉为第一作者，陈阁谷教授，陈玉鹏副教授及彭锋教授为通讯作者。

图1 羧甲基木聚糖与季铵化木聚糖修饰后的MXene结构表征

  研究发现，NCM纳米流体忆阻器能够精准模拟兴奋性突触后电流、双脉冲易化效应（PPF）、脉冲频率/数量/时长依赖可塑性（图2）。MXene高效的光热转换效率导致纳米通道内水溶液的粘度降低并激活离子热运动，从而加速了离子在浓度梯度驱动下的定向扩散，实现零偏压下的光调控离子突触电流。PCM纳米流体忆阻器由于载流子极性与NCM纳米流体忆阻器相反，表现出反向的电流响应（图3）。

图2 NCM忆阻器的光调制离子响应

图3 PCM忆阻器的光调制离子响应

  木聚糖纳流体膜单个器件可通过调节浓度梯度和离子选择性实现AND、OR、NAND、NOR四种可重构逻辑门。将两个NCM串联或并联，分别表现出信号累积与并联增强特性。作为概念上的验证，研究团队将四个兴奋/抑制忆阻器串联构成离子神经网络，光脉冲激活不同组合后产生的离子电流能够映射为机器人前进、后退、翻滚、跳跃等十种精细运动指令。

图4 离子神经网络与机器人运动控制

  基于溶解浆工业废弃物木聚糖的环保原料和简易制备工艺，该研究为实现自供能、生物友好的离子类脑计算提供了全新材料平台与方法支撑。该研究得到了国家杰出青年科学基金（32225034）、国家自然科学基金（32571985）、中央高校基本科研业务费专项资金（QNTD202507）的支持。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.73462