双极性有机电化学晶体管（OECTs）：生物电子学的前沿探索世博体育app下载
原位生物信号传输与放大时代在擢升信号质料、减少冗尾数据传输及增强系统集成才调方面具有伏击意旨。但是，现存双极性OECT材料性能及褂讪性仍存在瓶颈，罢明晰其在原位生物信号放大中的行使后劲。更为要害的是，针对策动具有均衡、高效且褂讪双极性OECT材料的战术尚未明晰。
针对这一科学坚苦，北京大学雷霆课题组冷落了一种普适且高效的战术，通过表面计较和材料策动相贯串，得胜设备出新式高自旋共轭团员物P(TII-2FT)，已毕了性能优胜，均衡且褂讪的双极性OECT材料，并将其行使于原位生物信号放大。关系计算遵守以《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）本计算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
打破性材料策动与优异性能
计算东说念主员基于表面计较，策动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型责任时势下，其μC*值别离达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.优异的操作褂讪性：在进步1000次开关轮回后，电流变化低于6%，展现出优异的褂讪性。
3.超高增益和活泼集成：基于P(TII-2FT)的放大器已毕了高达800 V/V的增益，同期兼具袖珍化和柔性策动。
计算发现，高自旋团员物通过其专有的芳醇-醌式共振结构，大要在掺杂现象下保执分子骨架平面性，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，已毕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）升沉特征弧线和（b）输出特征弧线；P(TII-2FT)在（c）p型和（d）n型责任现象下的瞬态反馈作为；（e）OECT器件在1000次开关轮回下的操作褂讪性；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）器件褂讪性上的相比；（h）不同类型反相器的增益和辅助电压关系的相比；（i）基于P(TII-2FT)的NOR门电路图和（j）电压输入输出作为；（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。
行使与遵守：生物信号放大的新念念路
基于P(TII-2FT)，雷霆课题组设备了多种柔性逻辑电路和放大器，并得胜已毕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。关系遵守包括：
1.信号质料权臣擢升：放大后的信号信噪比（SNR）昭彰高于传统电极。
2.生物相容性与柔性策动：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枢纽等部位进行动态信号检测。
3.已毕单组分团员物的原位放大：为柔性、多功能生物电子界面的设备提供了新旅途。
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馈；（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）附在指枢纽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信号和时期频率分析图。
异日计算
这次计算不仅提供了一种策动高性能双极性OECT材料的新措施，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得胜行使将鼓励原位信号放大时代的平日行使，并为下一代生物电子器件和智能医疗成就奠定基础。
北京大学博士后葛高阳和博士计算生徐劲草是该论文的共同第一作家，雷霆计算员是通信作家。协作家包括北京大学吕世贤计算员、清华大学戴小川计算员等。
著述聚积：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栽种，国度凸起后生基金获取者。现在已发表论文进步80篇，总援用进步15000余次，H因子58，关系计算遵守被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。苦求中国和海外专利12项，已获授权7项，部分专利遵守已已毕范畴化分娩。并与国表里多家公司开展了协作和产业化计算。
课题组主要从事有机高分子功能材料的策动合成、有机半导体器件、生物电子器件和柔性可衣着成就等前沿计算，宽饶报考硕士、博士，苦求联培计算生、科研助理和博士后，共同探索科学前沿。
课题组主页：www.leigroup.cn
开始：高分子科学前沿
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