基于全聚合物電化學(xué)晶體管的觸覺/味覺離電感受器

仿生器件通過結(jié)合對(duì)生物體的模擬和研究，推動(dòng)了智能電子的發(fā)展，而智能電子的物體識(shí)別能力是取代人類感官的一個(gè)重要選項(xiàng)，這使其能夠與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互感知。但目前用于識(shí)別物體的技術(shù)受限于高的操作電壓、復(fù)雜的外圍電路，且大多依賴于電子傳輸, 這與生物體內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)以離子運(yùn)輸?shù)男问讲患嫒荨?/p>

有機(jī)電化學(xué)晶體管是一類具有廣闊應(yīng)用前景的有機(jī)晶體管，其溝道與電解質(zhì)直接接觸，并通過離子摻雜和去摻雜的方式調(diào)節(jié)溝道電導(dǎo)。該特性使其能夠作為低工作電壓（< 1 V）的傳感信號(hào)放大器，并且離子-電子相互作用使其可作為生物學(xué)和電子學(xué)之間的交互接口。因此，利用電化學(xué)晶體管開發(fā)低功耗、多感知和生物兼容的仿生系統(tǒng)是一種可行的方案。?

近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉云圻團(tuán)隊(duì)在低壓仿生器件領(lǐng)域展開創(chuàng)新探索并取得重要進(jìn)展。研究人員首次提出了基于全聚合物電化學(xué)晶體管的觸覺/味覺離電感受器（圖1A）。

A. 生物感知受體和電化學(xué)晶體管離子傳輸示意圖；B. 物體識(shí)別示意圖及信號(hào)輸出；C. 準(zhǔn)分子紫外光刻制備高密度器件陣列。

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(bào)道的人工感知受體器件低1到2個(gè)量級(jí)。同時(shí)，單個(gè)器件就可以準(zhǔn)確地識(shí)別由人類觸覺和味覺系統(tǒng)感知的多種目標(biāo)物體，而無需復(fù)雜的外圍電路（圖1B）。

此外電化學(xué)晶體管的低器件密度阻礙了它的進(jìn)一步應(yīng)用。為了解決這個(gè)問題，研究人員使用172 nm準(zhǔn)分子紫外光刻技術(shù)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(zhǎng)度為2 μm、器件密度達(dá)104167個(gè)/cm2，成品率為97%的晶體管柔性陣列（圖1C），器件密度比其他報(bào)道值高出1–5個(gè)數(shù)量級(jí)。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上。

審核編輯：湯梓紅