利用水凝胶增加晶体管的维度

《SCIENCE》：Increasing the dimensionality of transistors with hydrogels

开发了一种基于模板双网络水凝胶的3D半导体系统，具有毫米级厚度、生物相容性和类组织柔韧性，通过调控孔径优化离子/电子迁移率，成功构建3D空间互穿的电化学晶体管，为生物电子器件提供新方案。

　　

编辑总结

随着有机生物电子学的发展，人们开始关注制造性能良好的可拉伸半导体。迄今为止，大多数方法都是将半导体与弹性体混合使用，这些半导体在电子性能上表现良好，但它们的模量远高于生物组织，并且无法通过插入离子来调节。刘等人开发了一种二级水凝胶网络，该网络促进了初级氧化还原活性聚合物连续相的形成。这种组成使得制造具有生物相容性的毫米厚度半导体层成为可能。通过控制水凝胶的孔隙率，研究人员优化了离子和电子的迁移率，并展示了具有高开/关切换比的电化学晶体管。——Marc S. Lavine

摘要

晶体管是现代电子学的基础，传统上它们是刚性、平面且二维（2D）的，这限制了它们与生物系统的柔软、不规则和三维（3D）特性的集成。在这里，我们报道了将有机电子学、软物质和电化学结合在一起的3D半导体。这些以水凝胶形式存在的3D半导体实现了毫米级的调制厚度，同时具备了类似组织的柔软性和生物相容性。这种调制厚度的突破得益于一种模板化的双网络水凝胶系统，其中二级多孔水凝胶引导初级氧化还原活性导电水凝胶的三维组装。我们证明了这些3D半导体能够制造出三维空间相互渗透的晶体管，模拟真实的神经连接。这项工作弥合了2D电子学与3D生物系统之间的差距，为先进的生物电子系统（如生物混合传感和神经形态计算）奠定了基础。