近年来，将离⼦和电⼦的电荷转移与信号转换结合的离电器件引起了⼴泛关注和研究。这些器件被誉为⽣物和⾮⽣物系统之间的桥梁，在神经电极、神经假体、智能可植⼊设备等领域发挥着重要作⽤。然⽽，现有的离电器件仍受限于信号载体的单⼀性，⽆法携带更多⽣物兼容的信息。究其原因，主要在于现有器件的构建⼤多基于传统的⻔控/⾮⻔控材料，⽆法同时对多种离⼦“⼩球”进⾏排序，从⽽限制了它们在匹配⽣物组织中的特征信号表达。
近⽇，中国科学院理化技术研究所和中国科学院⼤学，联合清华⼤学以及⾸都医科⼤学科研团队开发了⼀种具有级联异质界⾯的双相凝胶离电器件，实现了从电⼦到多种离⼦信号的转换和传输，相关研究成果在国际学术期刊《科学》上发表。该研究强调了⻔控机制在实现多元离⼦信号传输中的重要性。在电场的作⽤下，离⼦部分去⽔合和再⽔合的过程将交替⽽连续地进⾏。
由于不对称化学结构和空间尺⼨的影响，异质界⾯将扮演多重“⻔”的作⽤，迫使“⼩球”脱掉由⽔分⼦组成的“外套”，⽽它们脱掉“外套”的难易程度是不⼀样的。双相多界⾯结构引发的级联异质⻔控效应，将决定不同离⼦传输的能垒，使不同价态阳离⼦之间的跨界⾯传输呈现巨⼤的差异。因此，在不同电压刺激下，HBG材料能够对离⼦传输能垒进⾏排序和控制，让“⼩球有序奔跑”，实现从电⼦到多元离⼦的分级传输。
这项研究制备了具有级联异质⻔控的离电材料，揭示了级联异质⻔控效应对离⼦传输的重要影响，实现了多元离⼦的分级传输和离⼦选择性的跨级传输，并展示了这⼀技术在离电信号转换和⽣物离⼦神经调节⽅⾯的潜在应⽤。这种级联异质⻔控设计有望在神经拟态信号传输⽅⾯发挥重要作⽤，为实现⽣物-⾮⽣物系统的多元复杂信号通信提供新的思路和⽅法。