组件。[1]它们由一个有机半导体薄膜组成,该薄膜在两个电极之间具有图案,即源和排水管。半导体薄膜与浸入栅极电极的电解质接触。通过应用栅极电压(V g),来自元素的离子进入半导体,改变其掺杂状态和电导率,进而改变了在源和排水量和排水管之间流动的电流(排水电流,I D)。[2]这种体积掺杂机制高度有效,导致i d发生巨大变化,以减少v g的小变化。结果,OECTS显示出非常高的转频(G M =∂Id /∂vG),这是控制信号弹药的参数。[3]但是,对于OECT的响应时间通常非常慢,因为离子必须穿透整个膜。[4]这种特征的组合使OECT适用于生物推导和大区域电子的某些领域,最著名的是可打印的电子产品。[1,5,6]
直接在记录部位放大、转换和处理神经过程的微小离子电位波动的能力对于提高神经植入物的性能至关重要。有机前端模拟电子器件是此应用的理想选择,由于其具有类似组织的机械特性,因此可以实现微创放大器。在这里,我们通过配对耗尽型和增强型 p 型和 n 型有机电化学晶体管 (OECT) 来展示完全有机互补电路。通过精确的几何调整和垂直设备架构,我们实现了重叠的输出特性并将它们集成到具有单个神经元尺寸(20 微米)的放大器中。具有 p 和 n-OECT 组合的放大器可实现电压对电压放大,增益为 > 30 分贝。我们还利用具有匹配特性的耗尽型和增强型 p-OECT 来展示具有高共模抑制率(> 60 分贝)的差分记录能力。将基于 OECT 的前端放大器集成到灵活的柄部外形中,可以实现小鼠皮层中单神经元的记录并进行现场过滤和放大。
柔性且可拉伸的生物电子学提供了电子和生物系统之间的生物相容性界面,并受到了对各种生物系统的现场监测的极大关注。有机电子中的巨大进展已使有机半导体以及其他有机电子材料,由于其潜在的机械合规性和生物相容性,用于开发可穿戴,可植入和生物相容性电子电路的理想候选者。有机电化学晶体管(OECT)作为新兴的有机电子构建块,由于离子性质在开关行为,低驾驶电压(<1 V)和高跨导能(在毫米范围内)而引起的生物传感具有显着优势。在过去的几年中,据报道,生化和生物电传感器构建富裕/可拉伸OECT(FSOECTS)方面的显着进步。在这方面,为了总结这一新兴领域的重大研究成就,本综述首先讨论了FSOECT的结构和关键特征,包括工作原理,材料和建筑工程。接下来,总结了FSOECT是关键组成部分的各种相关的生理传感应用。最后,讨论了进一步推进FSOECT生理传感器的主要挑战和机会。
n型有机电化学晶体管(OECT)和有机字段效应的晶体管(OFET)的发达较不如其P型对应物。在此中,据报道,含有新型氟乙烯烯酚 - 乙烯基 - 苯苯(FSVS)单位的聚二硫代二酰亚胺(PNDI)的共聚物是N型OECT和N型OTET的有效材料。与寡素(乙二醇)(EG7)侧链P(NDIEG7-FSVS)的PNDI聚合物,A效率为0.2 f cm-1 v-1 s-1的高μC*,超过了基准N-typ pg4ndi-t2和pgti-gti。- 4.63 eV的深层腔内p(ndieg7-fsvs)具有超低阈值电压为0.16 v。 MEV,在N型OFET中导致高高度电子迁移率高达0.32 cm 2 v-1 s-1。 这些结果表明,对于下一代效果N型有机电子产品,同时实现较低的Lumo和更紧密的分子堆积的巨大潜力。- 4.63 eV的深层腔内p(ndieg7-fsvs)具有超低阈值电压为0.16 v。 MEV,在N型OFET中导致高高度电子迁移率高达0.32 cm 2 v-1 s-1。这些结果表明,对于下一代效果N型有机电子产品,同时实现较低的Lumo和更紧密的分子堆积的巨大潜力。
图 1. 当今正在开发的有机电化学晶体管 (OECT) 示意图,涵盖简便的制造技术和广泛的应用。印刷工艺:丝网印刷,经许可改编,[57] 版权所有 2019,Wiley-VCH;喷印,经许可改编,[58] 版权所有 2020,美国化学学会。基于激光的图案化:激光烧蚀图案化,经许可改编,[59] 版权所有 2012,Wiley-VCH;激光图案化 OECT,经许可改编,[60] 版权所有 2020,IOP Publishing Ltd. 纳米压印光刻:S/D 纳米压印,经许可改编,[61] 版权所有 2016,Wiley-VCH;有源层纳米压印,经许可改编,[62] 版权所有 2013 SID。基于纤维的图案化:基于纳米纤维的图案化,经许可改编,[63] 版权所有 2019,美国化学学会;基于编织的,经许可改编,[53] 版权所有 2011,Wiley-VCH。生物传感器:葡萄糖传感器,经许可改编,[64] 版权所有 2019,Springer Nature;离子传感器,经许可改编,[65] 版权所有 2018,Wiley-VCH。逻辑电路:逆变器和 NAND,经许可改编,[46] 版权所有 2019,Springer Nature;惠斯通电桥,经许可改编,[66] 版权所有 2017,Wiley-VCH。神经形态装置:纳米线人工突触,经许可改编,[67]
有机电化学晶体管(OECTS)将离子转换为电信号,这使它们成为广泛的生物电子应用的有前途的候选人。,尽管他们承诺,但仍未完全了解其设备几何形状对性能的影响。在此,将两个不同的设备几何形状(顶部接触和底部接触OECT)根据其接触性,可重复性和开关速度进行比较。表明,底部接触设备的切换时间更快,而其顶部接触式对应器在略有降低的接触抗性和增加的可重复性方面表现出色。讨论了速度和可重复性之间这种权衡的起源,该速度和可重复性之间的权衡为特定应用程序提供了优化指南。
Matteo Massetti 1、Silan Zhang 1,2、Harikesh Padinare 1、Bernhard Burtscher 1、Chiara Diacci 1、Daniel T. Simon 1、Xianjie Liu 1、Mats Fahlman 1,2、Deyu Tu 1、Magnus Berggren 1,2、Simone Fabiano 1,2 * 1 林雪平大学科学技术系有机电子实验室,瑞典诺尔雪平 SE-601 74。电子邮件:simone.fabiano@liu.se 2 林雪平大学瓦伦堡木材科学中心,瑞典诺尔雪平 SE-601 74。关键词:3D 打印、油墨配方、OECT、有机混合离子电子导体摘要
突触可塑性对于模仿感觉知觉、学习、记忆和遗忘具有基本意义。[1 − 3] 它通过控制突触前事件的发生来加强或削弱神经元间的连接,以突触后电流 (PSC) 为输出,从而实现对过程的定量监测。[4,5] 例如,通过重复的突触前刺激可以实现促进,从而增强超快突触传递和记忆巩固。[6] 相反,相反的过程是抑制,它代表一种抑制操作,避免过度兴奋并维持神经网络的稳定性。 [7] 由于突触可塑性在人工智能中起着促进人机交互的关键作用,人们投入了大量精力利用有机共轭材料模拟生物突触,旨在编码和放大信息。 [8 − 16] 特别是电解质门控有机材料在通道中结合了电荷传输和电化学掺杂, [17 − 19] 因此它们代表了赋予突触装置独特电性能的多功能平台。 [20 − 23] 将它们集成到光电装置中的努力导致了有机电化学晶体管 (OECT) 的发展。 [19] 作为电子突触,OECT 中离子掺杂和去掺杂的动力学已经被开发来模拟促进和抑制行为。 [10,20] 作为一种模型系统,电解质门控的 PEDOT:PSS 因可移动离子和聚合物骨架之间的可逆电化学相互作用而受到研究。[9,11] 在静电门控下,移动阴离子被驱动掺杂通道,增加通道电导率,从而产生促进作用。通过反转静电门控的极性,渗透到通道中的阴离子被提取出来,从而有可能按照抑制过程恢复到原始状态。通过掌握这种极性诱导的开关,已经实现了各种具有复杂功能的有机突触。[15] 在使用水性电解质[9,10,16]离子凝胶[14,17,23]和聚电解质门控[12]时,它们同时以电子双层 (EDL) 的形成为特征
引起了人们的极大兴趣。在这些器件中,传统场效应晶体管的栅极电介质不存在:相反,通道通过含离子的溶液与栅极电接触。[4] 通道由对移动离子的局部浓度敏感的有机混合离子电子导体 (OMIEC) 组成。通过使用栅极电极耗尽或用带电物质增强通道,可以改变半导体聚合物的掺杂状态并调制其电导率。在液体环境中的操作、离子和电子传导之间的相互作用以及有机材料的柔软性质为这些器件开辟了一些令人着迷的应用,例如在生物电子学中[5,6] 它们可以在生物组织和体液中操作并与之相互作用,以及基于硬件的人工神经网络[7,8] 它们可用作人工突触(即具有可逆和可控电阻的电子设备)。 OECT 的神经形态特征已得到彻底研究,并且它们对通道固有特性的依赖性也得到阐明,通常由 RsC 时间常数决定(其中 Rs 是溶液的电阻,C 是通道的电容)。[9]
研究目标 我团队的研究目标是控制有机半导体聚合物薄膜的宏观和纳米级形貌,以开发功能性、经济高效、便携且环境友好的有机电子设备。该小组旨在优化有机电化学晶体管(OECT),以提供用于神经病理学检测(联合国目标 3)和用于确定水是否可饮用的细菌检测(联合国目标 6)的新一代生物传感器。为了实现这些目标,该小组精心设计了新的高度结构化的聚合物薄膜,并了解驱动其化学和电化学掺杂的基本机制。我们将各种显微镜技术与先进的原位光谱和电表征技术相结合,以合理指导分子和器件工程。为了开展这项高度跨学科的研究,该小组正在与国际知名的(i)化学家合作,提供用于回答我们研究问题的最先进的性能聚合物,(ii)物理化学家,使用顶尖的表征仪器,以精确度澄清具体问题,以及(iii)生物学家,通过开发功能性生物传感器来评估我们的研究结果并提高技术就绪水平。
