综述：基于有机半导体的可穿戴生物电子学

这篇综述系统阐述了有机半导体（OSCs）在可穿戴生物电子学中的前沿进展，重点探讨了其柔性、生物相容性和可调电子特性（如电荷迁移率>10 cm2 /Vs）如何推动健康监测（ECG/EEG）、生物传感（OECTs/OFETs）和治疗系统（如光动力疗法）的创新，同时剖析了稳定性提升和规模化生产等挑战。

　　

有机半导体：重塑可穿戴生物电子学的未来

1. 引言
全球可穿戴设备市场从2010年的63亿美元激增至2024年的1500亿美元，其爆发式增长得益于有机半导体（OSCs）的突破性应用。这类碳基材料凭借π-电子共轭体系带来的独特性能，正彻底改变健康监测与医疗干预的模式。

2. 有机半导体的核心特性
2.1 电子电荷传输
不同于无机材料的能带传输，OSCs通过分子间跳跃机制实现电荷迁移。通过优化分子堆积（如TIPS-并五苯），部分体系迁移率已突破10 cm²
/Vs，媲美非晶硅。

2.2 光学性能
吸收光谱可从紫外延伸至近红外，例如PM6:Y6体系的有机光伏（OPV）效率达18%，而热活化延迟荧光（TADF）材料使OLED实现超薄（<3 μm）可拉伸发光器件。

2.3 机械性能
杨氏模量（0.1-10 GPa）远低于硅材料，可承受100%拉伸应变。纳米约束弹性体基质（如DPPTT/SEBS）赋予器件类似皮肤的机械特性。

2.4 生物相容性
聚乳酸（PLA）基材料可实现生物降解，而PEDOT:PSS等导电聚合物在体内实验中显示极低炎症反应，适用于长期植入。

3. 材料制备与器件工艺
通过铃木偶联等反应合成给体-受体（D-A）共聚物，结合喷墨印刷或有机气相沉积（OVPD）实现大面积制备。电解质门控OFETs将工作电压降至1 V以下，而微流控集成的OECTs可实现多参数生化检测。

4. 可穿戴系统集成
4.1 能量采集
半透明OPVs与纺织物融合，为持续监测供能；摩擦纳米发电机从呼吸运动中捕获能量。

4.2 健康监测

• 心血管：PEDOT:PSS电极实现72小时连续ECG
• 代谢：酶修饰OECTs实时检测汗液葡萄糖
• 神经：突触晶体管阵列绘制多巴胺释放图谱

4.3 精准治疗

• 光电微流控贴片（PMH）加速糖尿病伤口愈合
• 离子泵通过电信号控制药物时空释放

5. 挑战与突破方向
当前需解决OSCs在生理环境中的长期稳定性问题，例如采用原子层沉积（ALD）封装。能量存储方面，石墨烯/碳管复合电极将超级电容器能量密度提升3倍，而蛇形互联设计使锂离子电池耐受500次弯曲循环。

6. 未来展望
有机半导体与AI的融合将催生"隐形电子皮肤"，其神经形态器件可本地处理EEG信号。随着闭环系统（如血糖监测-胰岛素释放）和可降解电子（如肽基半导体）的发展，个性化医疗将进入全新维度。