KAUST Sahika Inal/王亞洲等 Nat. Rev. Mater. 綜述：有機(jī)電化學(xué)晶體管新進(jìn)展

2024-03-01 來源：高分子科技

關(guān)鍵詞：有機(jī)電化學(xué)晶體管生物相容性可拉伸性刺激響應(yīng)性記憶保持性

有機(jī)電化學(xué)晶體管（OECT）已成為神經(jīng)接口和疾病生物標(biāo)記傳感器等專業(yè)生物電子技術(shù)的核心部件。有機(jī)電化學(xué)晶體管的核心是由有機(jī)混合離子電子導(dǎo)體（OMIEC）構(gòu)成的溝道。OMIEC 的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了 OECT 的電子、光學(xué)和機(jī)械特性，即使是細(xì)微的結(jié)構(gòu)調(diào)整也會導(dǎo)致巨大的功能差異。

近日，沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)（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(jié)了 OECT 器件最新進(jìn)展，同時強(qiáng)調(diào)了 OMIEC 選擇在指導(dǎo)多樣化應(yīng)用中的關(guān)鍵作用。描繪了材料探索的里程碑，追溯了該領(lǐng)域與聚合物化學(xué)突破同步發(fā)展的歷程。強(qiáng)調(diào)了材料設(shè)計是如何通過增加 OMIEC 的生物相容性、可拉伸性、刺激響應(yīng)和記憶保持等特性來實現(xiàn)新的器件操作機(jī)制的。同時還強(qiáng)調(diào)了將基于 OECT 的器件從實驗室內(nèi)轉(zhuǎn)化為實際技術(shù)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(zhuǎn)化為電子信號，將電子學(xué)和生物環(huán)境結(jié)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(dǎo)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(qiáng)大的傳感器。OMIEC可以通過改變化學(xué)結(jié)構(gòu)和側(cè)鏈工程獲得不同的特性，如遷移率、電容和化學(xué)反應(yīng)性，從而推動特定應(yīng)用的發(fā)展。OMIEC與生物環(huán)境兼容，具有化學(xué)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(biāo)志物等應(yīng)用。此外，OECT還具有存儲和神經(jīng)形態(tài)相關(guān)應(yīng)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(jié)構(gòu)，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(yīng)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(qiáng)大的可穿戴光電探測器。

OMIEC 提供了一個豐富的化學(xué)設(shè)計空間，在這個空間中，不僅骨架單元，側(cè)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(biāo) OECT 應(yīng)用量身定制。因此，了解器件功能與材料化學(xué)之間錯綜復(fù)雜的相互作用至關(guān)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(guān)系做出貢獻(xiàn)。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(shè)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(dāng)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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