有機(jī)晶體管基本元件的構(gòu)建、工作原理及柔性高密度陣列的制備策略

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院徐曉敏團(tuán)隊(duì)從有機(jī)晶體管基本元件（有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、電解質(zhì)門(mén)控晶體管、有機(jī)電化學(xué)晶體管）的構(gòu)建、工作原理到柔性高密度陣列的制備策略、用作神經(jīng)活動(dòng)記錄的最新進(jìn)展及未來(lái)發(fā)展方向展開(kāi)了深入討論。

大腦作為人體重要器官之一，吸引著無(wú)數(shù)研究者探求其收集和處理信息的基本機(jī)制。大腦神經(jīng)活動(dòng)的信號(hào)監(jiān)測(cè)是了解其工作機(jī)制最基本的手段之一。神經(jīng)活動(dòng)主要以電的形式發(fā)生，電生理信號(hào)的記錄是對(duì)神經(jīng)活動(dòng)的直接記錄，有較高的時(shí)間分辨率，根據(jù)電極放置位置分為非侵入式腦電圖（EEG）、半侵入式腦皮層電圖（ECoG）、以及侵入式立體定位腦電圖（sEEG）。半侵入式腦皮層電圖兼具高時(shí)空分辨率和較低的神經(jīng)創(chuàng)傷，適用于大面積高精度腦電監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的剛性電極陣列有諸多限制，電極阻抗隨著電極尺寸的降低而增大，導(dǎo)致電極陣列密度與信號(hào)質(zhì)量之間的折衷；其機(jī)械性能與大腦組織相差較大，易引發(fā)組織損傷或排異反應(yīng)。具有高時(shí)空分辨率、極端機(jī)械順應(yīng)性和生物相容性的神經(jīng)接口，對(duì)于精確記錄大腦活動(dòng)和定位產(chǎn)生病理性大腦信號(hào)的神經(jīng)元模式至關(guān)重要。

能夠與生物組織軟接觸、精確獲取和處理生物信息的柔性電子器件是當(dāng)前材料、信息、生物等交叉領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。有別于傳統(tǒng)電極，晶體管的工作溝道可以縮小到納米級(jí)別，同時(shí)具備信號(hào)放大能力，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)高性能高密度和大面積的神經(jīng)接口界面。柔性有機(jī)晶體管具備可設(shè)計(jì)的靈活性和生物相容性等特征，在檢測(cè)生物環(huán)境中生理相關(guān)時(shí)間尺度的低幅信號(hào)方面具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力。近年來(lái)，伴隨有機(jī)半導(dǎo)體材料與器件技術(shù)的高速發(fā)展，有機(jī)晶體管的性能已大幅提升，與柔性襯底相匹配的制備工藝逐步成熟，在柔性襯底上構(gòu)建高密度高性能陣列也成為了可能。在神經(jīng)信號(hào)監(jiān)測(cè)方面，有機(jī)晶體管體現(xiàn)出天然優(yōu)勢(shì)，有望突破當(dāng)前剛性電極和剛性晶體管的結(jié)構(gòu)限制，為深入探索大腦奧秘作出貢獻(xiàn)。

柔性有機(jī)晶體管在神經(jīng)活動(dòng)記錄中的應(yīng)用

該綜述以“用作神經(jīng)活動(dòng)記錄的柔性有機(jī)晶體管”（Flexible organic transistors for neural activity recording）為題發(fā)表于《應(yīng)用物理評(píng)論》（Applied Physics Reviews），被選為特別推薦文章（Featured Article），且被遴選為Scilight亮點(diǎn)論文。

清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院徐曉敏副教授為論文通訊作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2021級(jí)碩士生許威為論文第一作者。論文其他作者包括清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2021級(jí)碩士生王井鑫、2021級(jí)博士生程思敏。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市高等院校穩(wěn)定支持計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院海外科研合作基金和啟動(dòng)基金等項(xiàng)目的支持。

審核編輯：郭婷