编辑推荐：
在构建仿生视觉系统中，现有光电器件存在诸多局限，如无机材料的生物相容性差等。研究人员开展基于单一组分 n 型有机混合离子 - 电子导体（OMIECs）的光电化学突触研究。结果显示该突触功能强大，在神经形态系统等领域意义重大。
在科技飞速发展的今天，人类对人工智能和仿生技术的探索不断深入。其中，模拟人类视觉系统的人工视觉技术成为研究热点。人类视觉系统能够高效地接收、处理和存储视觉信息，然而现有的光电器件在模拟这一过程时却困难重重。大多数用于硬件神经网络和神经接口的光电器件由无机材料组成，这些材料机械性能硬、生物相容性差，缺乏额外功能，而且使其具备光响应往往需要添加额外电路元件，其工作机制与生物系统差异大。此外，目前的有机突触晶体管虽能处理光信号，但仅能在单一或有限波长范围内工作，难以实现多光谱视觉信息处理。因此，开发能够感知多光谱视觉信息的多功能材料，构建仿生光电化学突触迫在眉睫。
为了解决这些问题，来自沙特阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）等机构的研究人员展开了深入研究。他们成功开发出一种基于单一组分 n 型 OMIEC 的有机离子可调光电化学突触，并将相关成果发表在《Nature Communications》上。这一研究成果为神经形态系统和假肢开发带来了新的曙光，有望推动人工智能和生物医学工程领域的重大变革。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是材料合成与表征技术，通过绿色 Aldol 聚合技术合成 n 型 OMIEC（p (C2F - z)），并利用多种光谱技术、电化学测试技术对其结构和性能进行表征；二是器件制备与测试技术，采用标准光刻和聚对二甲苯 C（parylene C）剥离技术制备单通道及阵列式有机电化学晶体管（OECT），并对其电学、光学性能进行测试；三是细胞实验技术，通过培养 Madin - Darby 犬肾（MDCK II）细胞，进行活死细胞染色实验评估材料的生物相容性。
下面来看具体的研究结果：
- 聚合物设计与 OECT 性能：设计合成的 p (C2F - z) 聚合物具有独特结构，其数均分子量达 97.0 kDa，重均分子量为 144.7 kDa ，最低未占分子轨道（LUMO）为 - 4.49 eV 。基于该聚合物的 OECT 展现出优异性能，如低阈值电压（VTH=0.07 V）、高电子迁移率（1.04 cm2 V-1 s-1 ）等，具备构建低功耗突触的潜力。
- 光电化学突触特性：p(C2F - z) OECT 在环境条件下的水性介质中表现出卓越的离子 - 电子信号转导性能。光照可使其阈值电压改变，ION/IOFF 比值显著提高，且光电流与光强成正比。该突触能产生 512 种不同线性电导状态，展现出超 9 位光学写入能力，对不同波长光响应良好，具有多光谱视觉感知能力，还呈现出成对脉冲易化（PPF）行为，稳定性高。
- 突触功能及其贴合皮肤的外形：该器件具备类似人类记忆的功能，能模拟巴甫洛夫联想学习过程。同时，它可利用不同波长光的电流响应实现逻辑运算。此外，p (C2F - z) 生物相容性良好，制成的柔性 OECT 贴附在皮肤上也能保持稳定的光电化学特性。
- 光诱导电化学掺杂和记忆产生机制：光照下，p (C2F - z) 聚合物产生光生电子，使薄膜开路电位（OCP）向负值移动，吸引更多阳离子进入薄膜，增加薄膜质量和电流。光移除后，电子复合，阳离子逐渐离开，导致通道电流缓慢衰减，产生记忆效应。光照对薄膜微观结构有一定影响，电化学和光电化学掺杂会改变薄膜的层状堆积距离。
- 用于图像识别和记忆的突触阵列：研究人员制备了 8×8 的 OECT 阵列，其具有良好的均匀性。该阵列能够识别和记忆通过光掩模投射的图像，展现出图像识别和记忆能力。
- 基于事件的传感器内储层计算和全彩色图像处理：利用 p (C2F - z) OECT 对光刺激的非线性电流响应，设计的储层编码器可有效预处理和提取事件数据信息。该系统在基于神经形态 MNIST 数据集的测试中，准确率可达 95.71% 。此外，该器件对红、绿、蓝（R、G、B）光的差分响应可用于全彩色图像预处理，能增强图像对比度，提高图像清晰度。
- 电压控制的突触器件用于运动感知：p(C2F - z) OECT 对电刺激有响应，模拟分级神经元行为，能进行时间总和，编码时空信息。将其应用于机器视觉中的运动识别，可准确分类运动物体的方向和速度，识别准确率高达 92.5% ，且对器件间的变化具有鲁棒性，在实际场景中也能有效解码时空信息。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功制备了基于单一组分、光活性且生物相容的 n 型有机混合导体的仿生光电化学突触。该突触在神经形态系统和假肢领域展现出巨大潜力。其独特的结构使其能够实现多光谱视觉感知，模拟多种生物突触行为。基于该晶体管构建的集成突触阵列可用于图像识别和存储，结合光学和电学响应特性，为传感器内储层计算和运动感知提供了有效途径。此外，材料的生物相容性和可加工成柔性器件的特点，为开发先进的集成传感、处理和存储功能的假肢开辟了新道路。这一研究成果为神经形态系统、自适应电子学和假肢等领域提供了一个多功能平台，推动了相关领域的发展，具有重要的科学意义和应用价值。
