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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）已成為神經接口和疾病生物標記傳感器等專業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展的歷程。強調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新的器件操作機制的。同時還強調了將基于 OECT 的器件從實驗室內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展。OMIEC與生物環境兼容，具有化學穩定性和無毒性，可以直接與生物系統連接，實現診斷、監測和識別生物標志物等應用。此外，OECT還具有存儲和神經形態相關應用的潛力，可以模仿神經元的功能。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，并可大規模生產陣列。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膜。通過使OMIEC具有拉伸性，可以實現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 材料的分子設計規則。然后，概述了為生物傳感器、神經形態計算和邏輯電路開發 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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