化學所在有機電化學晶體管仿生應用方面取得進展
軍工資源網 2023年05月12日仿生器件通過結合對生物體的模擬和研究，推動了智能電子的發展，而智能電子的物體識別能力是取代人類感官的一個重要選項，這使其能夠與現實世界進行交互感知。但目前用于識別物體的技術受限于高的操作電壓、復雜的外圍電路，且大多依賴于電子傳輸, 這與生物體內神經遞質以離子運輸的形式不兼容。
有機電化學晶體管是一類具有廣闊應用前景的有機晶體管，其溝道與電解質直接接觸，并通過離子摻雜和去摻雜的方式調節溝道電導。該特性使其能夠作為低工作電壓（< 1 V）的傳感信號放大器，并且離子-電子相互作用使其可作為生物學和電子學之間的交互接口。因此，利用電化學晶體管開發低功耗、多感知和生物兼容的仿生系統是一種可行的方案。
近日，中國科學院院士、中國科學院化學研究所有機固體院重點實驗室研究員劉云圻團隊在低壓仿生器件領域展開創新探索并取得重要進展。研究人員首次提出了基于全聚合物電化學晶體管的觸覺/味覺離電感受器（圖1A）。該傳感器每層均由聚合物材料組成，具有很高的生物相容性和柔性。得益于固有的離電特性，其工作電壓僅為0.1 V，比報道的人工感知受體器件低1到2個量級。同時，單個器件就可以準確地識別由人類觸覺和味覺系統感知的多種目標物體，而無需復雜的外圍電路（圖1B）。此外電化學晶體管的低器件密度阻礙了它的進一步應用。為了解決這個問題，研究人員使用172 nm準分子紫外光刻技術將器件圖案化，聚（3，4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）作為器件的源極、漏極、柵極和活性層，最終成功制備出溝道長度為2 μm、器件密度達104167個/cm2，成品率為97%的晶體管柔性陣列（圖1C），器件密度比其他報道值高出1–5個數量級。相關研究成果近期發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。
A.生物感知受體和電化學晶體管離子傳輸示意圖；B.物體識別示意圖及信號輸出；C.準分子紫外光刻制備高密度器件陣列。