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时候在普及信号质地、减少冗尾数据传输及增强系统集成才调方面具有紧迫意思。关联词，现存双极性OECT材料性能及褂讪性仍存在瓶颈，结果了其在原位生物信号放大中的讹诈后劲。更为环节的是，针对缠绵具有均衡、高效且褂讪双极性OECT材料的政策尚未深入。

针对这一科学窒碍，北京大学雷霆课题组冷酷了一种普适且高效的政策，通过表面计较和材料缠绵相纠合，得胜斥地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，并将其讹诈于原位生物信号放大。关系究诘效劳以《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默示图。（a）用于拿获和放大小鼠脑皮层电图（ECoG）的柔性OECT阵列默示图；（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）本究诘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

破损性材料缠绵与优异性能

究诘东谈主员基于表面计较，缠绵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型使命款式下，其μC*值区分达158.6 F cm-1 V-1 s-1和147.4 F cm-1 V-1 s-1，性能普及达5至20倍。

2.优异的操作褂讪性：在卓绝1000次开关轮回后，电流变化低于6%，展现出优异的褂讪性。

3.超高增益和无邪集成：基于P(TII-2FT)的放大器已毕了高达800 V/V的增益，同期兼具微型化和柔性缠绵。

究诘发现，高自旋团员物通过其私有的芳醇-醌式共振结构，大略在掺杂情状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，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型使命情状下的瞬态反映活动；（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）器件褂讪性上的比拟；（h）不同类型反相器的增益和扶植电压关系的比拟；（i）基于P(TII-2FT)的NOR门电路图和（j）电压输入输出活动；（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。

讹诈与效劳：生物信号放大的新想路

基于P(TII-2FT)，雷霆课题组斥地了多种柔性逻辑电路和放大器，并得胜已毕了东谈主类心电图（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。关系效劳包括：

1.信号质地显赫普及：放大后的信号信噪比（SNR）昭彰高于传统电极。

2.生物相容性与柔性缠绵：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要道等部位进看成态信号检测。

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斥地提供了新旅途。

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放大器默示图；（g）原位ECoG信号检测图及器件连线默示图；（h）放大器阵列的显微镜图像；（i）附在指要道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信号和时候频率分析图。

昔时瞻望

这次究诘不仅提供了一种缠绵高性能双极性OECT材料的新智商，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讹诈将鼓吹原位信号放大时候的闲居讹诈，并为下一代生物电子器件和智能医疗树立奠定基础。

北京大学博士后葛高阳和博士究诘生徐劲草是该论文的共同第一作家，雷霆究诘员是通信作家。协调者包括北京大学吕世贤究诘员、清华大学戴小川究诘员等。

著作迷惑：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教授，国度了得后生基金取得者。现在已发表论文卓绝80篇，总援用卓绝15000余次，H因子58，关系究诘效劳被Science、Nature等期刊和国表里多家媒体进行了报谈。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。请求中国和外洋专利12项，已获授权7项，部分专利效劳已已毕边界化分娩。并与国表里多家公司开展了协和洽产业化究诘。

课题组主要从事有机高分子功能材料的缠绵合成、有机半导体器件、生物电子器件和柔性可穿着树立等前沿究诘，接待报考硕士、博士，请求联培究诘生、科研助理和博士后，共同探索科学前沿。

课题组主页：www.leigroup.cn

开端：高分子科学前沿

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