從離子學到量子離子學的生物信息轉化技術

傳統的神經記錄技術是基于從離子學到電子學的生物信息轉換，雖被廣泛研究，但其在神經科學和腦科學領域進展很小。2018年，中國科學院院士、中國科學院理化技術研究所研究員江雷將生物孔道中離子和分子以單鏈的量子方式快速傳輸定義為“量子限域超流體”（Sci. China. Mater.， 2018， 61， 1027）。隨后，他們提出離子和分子的量子限域超流狀態是生物信息載體（Nano Res.， 2019， 12， 1219）。

由于量子限域超流狀態下離子和分子的吸收光譜在太赫茲范圍內，因此太赫茲光可以作為一個工具來實現生物信號的非接觸檢測。近日，江雷等人提出兩種研究方案：一種是利用太赫茲響應研究生物體系的神經信號，另一種是利用太赫茲響應研究人工體系的量子限域離子超流體，并為生物體系中神經信號的檢測提供優化參數。他們在展望中指出，生物信息是以交流信號為載體，通過把量子離子學引入生物信息學領域，將為神經信號研究提供一個新的技術手段，推動神經科學和腦科學的發展，并發展量子離子學技術。

該項工作近日發表于Science China Materials（Sci. China Mater.， 2020， 63， 167），并被遴選為當期封面文章，論文第一作者是理化所副研究員張錫奇，通訊作者是江雷，合作作者是德國馬普所教授Markus Antonietti。相關工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金委的大力支持。