综述：有机电化学晶体管在神经形态计算中的应用与挑战：仿生突触与多模式集成

本综述系统探讨了有机电化学晶体管（OECT）在神经形态计算中的前沿进展，重点分析了其基于混合离子-电子传导（MIEC）机制的仿生突触功能，包括增强型与耗尽型OECT的突触可塑性模拟、光响应调控及全印刷互补电路设计，并展望了其在材料电化学稳定性、高频响应建模及高密度阵列串扰抑制方面的挑战与发展方向。

　　

有机电化学晶体管的结构与耦合机制

有机电化学晶体管（OECT）凭借其独特的混合离子-电子传导（MIEC）机制和优异的生物相容性，成为实现仿生突触器件的理想平台。OECT的核心结构由有机半导体沟道和电解质组成，通过离子在电解质中的迁移与电子在沟道中的传输实现电导调制。这种离子-电子耦合机制使得OECT能够在低工作电压（通常低于1 V）下实现高跨导和多级电导状态，精准模拟生物突触的神经信号传递过程。

增强型OECT的仿生突触应用

增强型OECT通过正栅压调控沟道电导，成功模拟了短期可塑性（STP）和长期可塑性（LTP）等突触行为。例如，基于聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）的OECT可通过电脉冲调控突触权重，实现类似生物突触的记忆与学习功能。此外，可拉伸OECT器件通过结合弹性基底与导电聚合物，在机械变形下仍保持稳定的突触特性，为可穿戴神经形态系统提供可能。光响应突触则通过引入光敏材料（如卟啉衍生物），利用光脉冲调控离子嵌入过程，实现光学-电学协同突触调制。全印刷互补OECT电路进一步推动了实时生物传感应用，例如葡萄糖监测和神经递质检测，其高通量印刷工艺为大规模阵列集成奠定基础。

耗尽型OECT的抑制性突触功能

耗尽型OECT在负栅压下工作，通过沟道耗尽机制模拟抑制性突触功能。这类器件能够动态调控神经网络的兴奋-抑制平衡，例如通过脉冲序列引发抑制性突触后电流（IPSC），模拟生物神经网络中的抑制性神经调制。近期研究还展示了耗尽型OECT在脉冲频率依赖可塑性（SRDP）和时空信号处理中的应用，为构建复杂神经网络提供新范式。

从器件到网络的映射策略

OECT在神经网络架构中的性能优势通过三类代表性模型得到验证：一是基于电导调制的突触权重更新模型，支持监督学习与无监督学习算法；二是多模态集成模型，结合电、光、机械刺激实现异构神经网络；三是仿生层级网络模型，通过OECT阵列模拟视觉皮层或海马体的信息处理流程。实验表明，OECT网络在模式识别与信号分类任务中表现出高能效和容错性。

挑战与展望

当前OECT仿生突触研究仍面临多重挑战：一是材料电化学稳定性不足，尤其在长期操作下离子迁移导致器件性能衰减；二是高频响应模型缺失，限制其在快速神经信号处理中的应用；三是高密度阵列中的串扰问题，需开发新型隔离结构与驱动方案。未来研究需聚焦于稳定MIEC材料开发、动态界面机制解析以及三维集成工艺创新，以推动OECT从单点仿生向复杂神经网络系统跨越。