智能材料中的生物信号传输过程

弗赖堡大学的科学家开发了一种由生物成分和高分子材料组成的材料系统，可以感知和处理信息。这些生物杂交系统旨在执行某些功能，如计数信号脉冲以在合适的时间释放生物活性分子或药物，或检测酶和小分子，如牛奶中的抗生素。跨学科团队在该领域的一些主要期刊上展示了他们的成果，包括《今日先进材料》和《材料》。

生命系统(如细胞和有机体)和电气系统(如计算机)对不同的输入信息作出反应，并具有不同的输出能力。然而，这些复杂系统的共同基本属性是处理信息的能力。在过去的二十年里，科学家们应用电子工程的原理来设计和构建能够感知和处理信息并执行所需功能的活细胞。这个领域被称为合成生物学，它在医学、生物技术、能源和环境领域有许多令人兴奋的应用。

“由于我们在理解生物信号转导过程的组成和线路方面取得了重大进展，我们现在正处于可以将生物模块从合成生物学转移到材料的阶段，”生物系研究员Wilfried Weber教授解释道。生物信号研究中心。开发这些智能材料系统的关键步骤是优化调整生物构件的活性。与计算机类似，各种组件的不兼容可能会使整个系统崩溃。克服这一挑战的关键是数学和物理学院的延斯蒂莫尔教授和拉斐尔恩格瑟博士开发的定量数学模型。

“这些合成生物材料系统的一个巨大优势是它们的多功能性，”其中一项研究的第一作者、斯皮曼生物和医学研究生院(SGBM)的博士生Hanna Wagner说。这些研究中提出的模块化设计概念为工程生物混合材料系统提供了蓝图，该系统可以感知和处理各种物理、化学或生物信号，并执行所需的功能，如信号放大、信息存储或生物活性分子的控制释放。因此，这些创新材料可广泛用于研究、生物技术和医学。

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