イオンを輸送媒体とするナノ流体デバイスは、生物系と非生物系の界面をつなぐ機能を備えている。しかし、現在報告されているナノ流体デバイスは、電子制限器のような自己適応保護および非線形制御機能を欠いている。この課題に対し、本研究では酸化グラフェン（GO）とナノセルロース（NCF）複合繊維に基づくナノ流体イオン制限器を報告する。本デバイスは湿式紡糸技術を用いて、層間距離約1nmの秩序ある制限ナノチャネルを構築し、イオンの制御された輸送を実現した。強電場刺激下で、チャネル入口のイオンが迅速に蓄積し、クーロン遮断効果を誘発し、入口付近のチャネル内イオン濃度を低下させ、電場方向と逆のイオン濃度勾配を形成し、逆方向のイオン流を誘導する。したがって、デバイスの電流は電圧しきい値を超えると減少傾向を示し、電子回路の電流制限機能に類似した自己適応的な電流飽和と減衰機構を体現している。さらに、本材料を基に構築された刺激-応答システムは、生物神経信号の伝達および超限抑制機構を成功裏に模擬し、神経伝達物質ドーパミン分子への信号担体の拡張も可能である。本研究は、適応型バイオミメティクイオン論理回路およびニューロモorphic計算システムの開発に新たなデバイスプロトタイプおよび理論的根拠を提供する。

バイオニックスマートデバイス;ナノセルロース;イオン制限器;ナノ流体