KAUST Sahika Inal/王亚洲等 Nat. Rev. Mater. 综述：有机电化学晶体管新进展

2024-03-01 来源：高分子科技

有机电化学晶体管（OECT）已成为神经接口和疾病生物标记传感器等专业生物电子技术的核心部件。有机电化学晶体管的核心是由有机混合离子电子导体（OMIEC）构成的沟道。OMIEC 的化学结构决定了 OECT 的电子、光学和机械特性，即使是细微的结构调整也会导致巨大的功能差异。

近日，沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）Sahika Inal教授以及王亚洲博士等人在国际顶级期刊Nature Reviews Materials 发表题为“Designing organic mixed conductors for electrochemical transistor applications”重要论文。

在论文中，总结了 OECT 器件最新进展，同时强调了 OMIEC 选择在指导多样化应用中的关键作用。描绘了材料探索的里程碑，追溯了该领域与聚合物化学突破同步发展的历程。强调了材料设计是如何通过增加 OMIEC 的生物相容性、可拉伸性、刺激响应和记忆保持等特性来实现新的器件操作机制的。同时还强调了将基于 OECT 的器件从实验室内转化为实际技术所必须克服的障碍。

OECT 是一种生物电子器件，通过将离子信号转化为电子信号，将电子学和生物环境结合起来。OECT利用OMIEC薄膜作为主要组成部分，该薄膜能够传输电子和离子电荷。离子信号影响OMIEC的电导率，从而将微弱的生物离子信号放大成巨大的电流变化，使OECT成为功能强大的传感器。OMIEC可以通过改变化学结构和侧链工程获得不同的特性，如迁移率、电容和化学反应性，从而推动特定应用的发展。OMIEC与生物环境兼容，具有化学稳定性和无毒性，可以直接与生物系统连接，实现诊断、监测和识别生物标志物等应用。此外，OECT还具有存储和神经形态相关应用的潜力，可以模仿神经元的功能。OMIEC具有多种形式和几何结构，可以图案化和制造成各种器件，因此制造简单、成本效益高，并可大规模生产阵列。OMIEC具有柔软性和低杨氏模量，能够与柔软的生物组织相匹配，适用于与组织直接接触的y应用。此外，OMIEC还具有光敏特性，通过吸收光线产生电子电荷，可以提高OECT的增益并用于光控逻辑门和人工电子视网膜。通过使OMIEC具有拉伸性，可以实现功能强大的可穿戴光电探测器。

OMIEC 提供了一个丰富的化学设计空间，在这个空间中，不仅骨架单元，侧链也决定着它们的特性。通过合成调整 OMIEC 功能的能力使其能够为目标 OECT 应用量身定制。因此，了解器件功能与材料化学之间错综复杂的相互作用至关重要。在这篇论文中，深入探讨活性 OECT 材料及其功能所依据的操作原理，旨在为这种关系做出贡献。首先提出了以混合电荷传输性能为特征的 OMIEC 材料的分子设计规则。然后，概述了为生物传感器、神经形态计算和逻辑电路开发 OMIEC 的策略，这些策略要求 OMIEC 具有高电荷迁移率、双向性、离子电荷保留、表面活性、光活性或可拉伸性等功能。最后，介绍了对 OECT 沟道材料演化的当前挑战和未来前景的见解。

论文第一作者为KAUST博士后研究员王亚洲博士，通讯作者是KAUST生物工程系 Sahika Inal教授。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41578-024-00652-7

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（责任编辑：xu）

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