双极性有机电化学晶体管（OECTs）：生物电子学的前沿探索

原位生物信号传输与放大本事在擢升信号质地、减少冗尾数据传输及增强系统集成才能方面具有宝贵意思意思。然而，现存双极性OECT材料性能及踏实性仍存在瓶颈，松手了其在原位生物信号放大中的利用后劲。更为要害的是，针对野心具有均衡、高效且踏实双极性OECT材料的战术尚未昭彰。

针对这一科学难题，北京大学雷霆课题组提议了一种普适且高效的战术，通过表面计较和材料野心网络拢，到手劝诱出新式高自旋共轭团员物P(TII-2FT)，结束了性能优胜，均衡且踏实的双极性OECT材料，并将其利用于原位生物信号放大。不时议论效果以《On-site biosignal amplification using a single high-spin conjugated polymer》为题发表在《Nature Communications》（Nat. Commun. 2025, 16, 396）。

图1. 使用高自旋团员物进行原位生物信号放大的暗示图。（a）用于拿获和放大小鼠脑皮层电图（ECoG）的柔性OECT阵列暗示图；（b）基于共面垂直OECT（vOECT）结构的微型信号放大器及相应电路图；（c）本文所用器件的层状结构图；（d）本议论中使用的三种高自旋团员物P(TII-T)、P(TII-2FT)和P(TII-2ClT)的化学结构

打破性材料野心与优异性能

议论东说念主员基于表面计较，野心并合成了高自旋团员物P(TII-2FT)。这一材料展现出以下中枢上风：

1.均衡且超卓的双极性性能：在p型和n型责任形式下，其μC*值差别达158.6 F cm-1 V-1 s-1和147.4 F cm-1 V-1 s-1，性能擢升达5至20倍。

2.优异的操作踏实性：在荒芜1000次开关轮回后，电流变化低于6%，展现出优异的踏实性。

3.超高增益和生动集成：基于P(TII-2FT)的放大器结束了高达800 V/V的增益，同期兼具袖珍化和柔性野心。

议论发现，高自旋团员物通过其独到的芳醇-醌式共振结构，大概在掺杂情景下保抓分子骨架平面性，促进电荷的高效输运。此外，通过引入氟和氯等功能基团，进一步优化了材料的HOMO/LUMO能级，结束了均衡的空穴与电子注入。

图2. OECT器件和逻辑电路的制作与表征。基于P(TII-2FT)的（a）更始特征弧线和（b）输出特征弧线；P(TII-2FT)在（c）p型和（d）n型责任情景下的瞬态反映步履；（e）OECT器件在1000次开关轮回下的操作踏实性；该类团员物与一些先进的p型、n型和双极性OECT材料在（f）性能和（g）器件踏实性上的相比；（h）不同类型反相器的增益和复古电压不时的相比；（i）基于P(TII-2FT)的NOR门电路图和（j）电压输入输出步履；（k）贴附在手背上的具有300×300个反相器的柔性晶体管阵列；（l）反相器阵列的显微镜图像。

利用与效果：生物信号放大的新念念路

基于P(TII-2FT)，雷霆课题组劝诱了多种柔性逻辑电路和放大器，并到手结束了东说念主类心电图（ECG）、脑电图（EEG）及小鼠脑皮层电图（ECoG）等生物信号的高效拿获与放大。不时效果包括：

1.信号质地显贵擢升：放大后的信号信噪比（SNR）彰着高于传统电极。

2.生物相容性与柔性野心：材料的优异生物相容性使其适用于复杂生物环境，柔性放大器可贴附在手指关节等部位进活动态信号检测。

3.结束单组分团员物的原位放大：为柔性、多功能生物电子界面的劝诱提供了新旅途。

图3. 基于P(TII-2FT)放大器的生物信号放大图。（a）对P(TII-2FT)薄膜进行细胞毒性测试；（b）小鼠成纤维细胞（L929）在P(TII-2FT)薄膜上的染色情况（活细胞：绿色荧光，死细胞：红色荧光）；（c）放大器对不同频率下正弦信号的动态反映；（d）用于检测（e）EEG信号和（f）ECG信号的vOECT放大器暗示图；（g）原位ECoG信号检测图及器件连线暗示图；（h）放大器阵列的显微镜图像；（i）附在指关节上的超薄柔性放大器阵列图；（j）通过金属电极或P(TII-2FT)放大器检测的活体皮层ECoG信号和时刻频率分析图。

改日预测

这次议论不仅提供了一种野心高性能双极性OECT材料的新要害，还为基于团员物的柔性生物电子器件开辟了新的可能。作家指出，这种单组分高自旋团员物的到手利用将鼓励原位信号放大本事的普遍利用，并为下一代生物电子器件和智能医疗诞生奠定基础。

北京大学博士后葛高阳和博士议论生徐劲草是该论文的共同第一作家，雷霆议论员是通信作家。配合者包括北京大学吕世贤议论员、清华大学戴小川议论员等。

著述贯穿：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55369-6.

通信作家简介

雷霆，北京大学材料科学与工程学院长聘副造就，国度隆起后生基金取得者。当今已发表论文荒芜80篇，总援用荒芜15000余次，H因子58，不时议论效果被Science、Nature等期刊和国表里多家媒体进行了报说念。近五年，以通信作家发表学术论文30余篇，包括Science、Sci. Adv.、Nat. Commun.等。央求中国和海外专利12项，已获授权7项，部分专利效果已结束界限化坐蓐。并与国表里多家公司开展了配合和产业化议论。

课题组主要从事有机高分子功能材料的野心合成、有机半导体器件、生物电子器件和柔性可一稔诞生等前沿议论，接待报考硕士、博士，央求联培议论生、科研助理和博士后，共同探索科学前沿。

课题组主页：www.leigroup.cn

着手：高分子科学前沿

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