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KAUST Sahika Inal/王亞洲等 Nat. Rev. Mater. 綜述：有機電化學晶體管新進展

2024-03-01 來源：高分子科技

有機電化學晶體管（OECT）已成為神經(jīng)接口和疾病生物標記傳感器等專業(yè)生物電子技術的核心部件。有機電化學晶體管的核心是由有機混合離子電子導體（OMIEC）構成的溝道。OMIEC 的化學結構決定了 OECT 的電子、光學和機械特性，即使是細微的結構調(diào)整也會導致巨大的功能差異。

近日，沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）Sahika Inal教授以及王亞洲博士等人在國際頂級期刊Nature Reviews Materials 發(fā)表題為“Designing organic mixed conductors for electrochemical transistor applications”重要論文。

在論文中，總結了 OECT 器件最新進展，同時強調(diào)了 OMIEC 選擇在指導多樣化應用中的關鍵作用。描繪了材料探索的里程碑，追溯了該領域與聚合物化學突破同步發(fā)展的歷程。強調(diào)了材料設計是如何通過增加 OMIEC 的生物相容性、可拉伸性、刺激響應和記憶保持等特性來實現(xiàn)新的器件操作機制的。同時還強調(diào)了將基于 OECT 的器件從實驗室內(nèi)轉化為實際技術所必須克服的障礙。

OECT 是一種生物電子器件，通過將離子信號轉化為電子信號，將電子學和生物環(huán)境結合起來。OECT利用OMIEC薄膜作為主要組成部分，該薄膜能夠傳輸電子和離子電荷。離子信號影響OMIEC的電導率，從而將微弱的生物離子信號放大成巨大的電流變化，使OECT成為功能強大的傳感器。OMIEC可以通過改變化學結構和側鏈工程獲得不同的特性，如遷移率、電容和化學反應性，從而推動特定應用的發(fā)展。OMIEC與生物環(huán)境兼容，具有化學穩(wěn)定性和無毒性，可以直接與生物系統(tǒng)連接，實現(xiàn)診斷、監(jiān)測和識別生物標志物等應用。此外，OECT還具有存儲和神經(jīng)形態(tài)相關應用的潛力，可以模仿神經(jīng)元的功能。OMIEC具有多種形式和幾何結構，可以圖案化和制造成各種器件，因此制造簡單、成本效益高，并可大規(guī)模生產(chǎn)陣列。OMIEC具有柔軟性和低楊氏模量，能夠與柔軟的生物組織相匹配，適用于與組織直接接觸的y應用。此外，OMIEC還具有光敏特性，通過吸收光線產(chǎn)生電子電荷，可以提高OECT的增益并用于光控邏輯門和人工電子視網(wǎng)膜。通過使OMIEC具有拉伸性，可以實現(xiàn)功能強大的可穿戴光電探測器。

OMIEC 提供了一個豐富的化學設計空間，在這個空間中，不僅骨架單元，側鏈也決定著它們的特性。通過合成調(diào)整 OMIEC 功能的能力使其能夠為目標 OECT 應用量身定制。因此，了解器件功能與材料化學之間錯綜復雜的相互作用至關重要。在這篇論文中，深入探討活性 OECT 材料及其功能所依據(jù)的操作原理，旨在為這種關系做出貢獻。首先提出了以混合電荷傳輸性能為特征的 OMIEC 材料的分子設計規(guī)則。然后，概述了為生物傳感器、神經(jīng)形態(tài)計算和邏輯電路開發(fā) OMIEC 的策略，這些策略要求 OMIEC 具有高電荷遷移率、雙向性、離子電荷保留、表面活性、光活性或可拉伸性等功能。最后，介紹了對 OECT 溝道材料演化的當前挑戰(zhàn)和未來前景的見解。

論文第一作者為KAUST博士后研究員王亞洲博士，通訊作者是KAUST生物工程系 Sahika Inal教授。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41578-024-00652-7

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（責任編輯：xu）

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