이온을 운반 매개체로 사용하는 나노유체 소자는 생물계와 비생물계 인터페이스를 연결하는 기능을 갖추고 있다. 그러나 현재 보고된 나노유체 소자는 전자 제한기와 유사한 적응형 보호 및 비선형 조절 기능이 부족하다. 본 연구에서는 산화그래핀(GO)과 나노셀룰로오스(NCF) 복합 섬유 기반의 나노유체 이온 제한기를 보고한다. 이 소자는 습식 방적 공정을 이용하여 약 1nm의 층간 간격을 가진 정렬된 제한 나노 채널을 구축하여 이온의 제어된 전송을 실현하였다. 강한 전기장 자극 하에서 채널 입구의 이온이 빠르게 축적되어 쿨롱 차단 효과를 유발하며, 이는 입구 부근 채널 내 이온 농도를 감소시키고 전기장 방향과 반대 방향의 이온 농도 구배를 형성하여 역방향 이온 흐름을 유도한다. 따라서 소자는 전압 임계값을 초과한 후 전류가 감소하는 경향을 보여 전자 회로의 전류 제한 기능과 유사한 적응형 전류 포화 및 감쇠 메커니즘을 구현한다. 또한, 이 물질을 기반으로 한 자극-반응 시스템은 생물 신경 신호 전달 및 과한抑制 메커니즘을 성공적으로 모사하며, 신경 전달 물질인 도파민 분자로 신호 전달자를 확장할 수 있다. 본 연구는 적응형 생체 모방 이온 논리 회로 및 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 개발을 위한 새로운 소자 프로토타입과 이론적 근거를 제공한다.

바이오닉 스마트 소자; 나노셀룰로오스; 이온 제한기; 나노유체