面向神经形态生物电子的有机电化学晶体管：材料与制造技术

《Advanced Science》：Organic Electrochemical Transistors for Neuromorphic Bioelectronics: Materials and Manufacturing Technologies

　　

神经形态生物电子工作于柔软、含水的环境中，离子通量、电子传输和分子重构共同编码历史依赖型计算。有机混合离子-电子导体（organic mixed ionic–electronic conductors, OMIECs）提供了一类能够在同一体介质中同时支持离子和电子传输的材料平台，使电导能够在电化学刺激下连续演化。本综述审视了有机电化学晶体管（organic electrochemical transistors, OECTs）作为一种统一的器件架构，其中电化学栅控诱导体积（去）掺杂，将沟道几何尺寸和电解质可及性与离子时间常数、非线性、保留或挥发性以及能量耗散耦合起来。材料覆盖范围包括导电聚合物如聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）、乙二醇化共轭半导体、可实现n型和互补操作的给体-受体混合导体，以及为水相稳定性和类组织力学顺应性而设计的半导体水凝胶和复合材料。本文讨论了从微加工和光刻图案化到基于打印的增材制造（additive manufacturing, AM）及混合工艺流的制造策略，重点阐述了它们在定义平面和垂直器件架构以及电解质集成中的作用。神经形态功能在多个层级上进行了分析，涵盖突触基元，包括兴奋性突触后电流（excitatory postsynaptic current, EPSC）、短期可塑性（short-term plasticity, STP）、长期可塑性（long-term plasticity, LTP）和脉冲时间依赖可塑性（spike-timing-dependent plasticity, STDP），以及人工神经元、储备池计算和闭环生物混合传感-处理接口。

**1 引言**

**1.1 神经形态硬件格局与仿生动机**

神经形态工程旨在电子硬件中物理实现生物神经系统的计算原理。与基于刚性半导体平台和能带结构决定二进制切换的传统数字电子学不同，生物计算产生于分布式离子通量、电化学梯度以及在多个时间尺度上运行的动态可重构分子环境。神经信号传导和突触可塑性本质上是模拟、历史依赖且高度节能的过程，源于软含水生物介质中离子与电子的耦合传输。过去十年中，基于互补金属氧化物半导体（complementary metal–oxide–semiconductor, CMOS）的模拟电路、无机忆阻器、相变材料和导电丝电阻开关器件在模拟关键神经形态功能方面取得了显著进展。然而这些器件的工作仍根植于刚性固态基质中的纯电子电荷传输，因此并未复现生物信息处理所依赖的离子介导电化学物理。

**1.2 有机电化学晶体管作为独特的神经形态平台**

OMIECs是能够在同一体积内同时传输离子和电子电荷载流子的软电子材料。OECTs利用这一特性，采用三端架构，由电解质栅极驱动离子进出OMIEC沟道。离子渗透通过可逆电化学掺杂和去掺杂调节沟道电导，实现在水相环境中的低电压操作。OECT工作的一个决定性特征是体积电化学栅控。与场效应晶体管（field-effect transistors, FETs）中电荷积累局限于界面层不同，OECT中的离子穿透混合导电聚合物沟道的整个体相。这种体积相互作用在整个材料中产生分布式静电补偿和氧化还原反应，导致受离子传输和电化学弛豫动力学支配的渐进且历史依赖的电导调制。这些电化学动力学天然地使能神经形态功能：OECT电导响应于离子和电刺激的时间历史而连续演化，为突触可塑性、时间整合、非线性适应和模拟信号处理提供了物理基础。

**1.3 材料与制造作为神经形态功能的决定因素**

OECT基神经形态系统的一个决定性特征是器件功能并非仅来源于材料组成，而是由离子-电子材料性质、器件几何尺寸、电解质构型和制造策略之间的耦合相互作用共同决定。例如，OMIEC沟道的厚度和形貌决定体积电容和离子渗透深度，从而影响器件增益、响应时间和保留特性。平面和垂直构型等器件架构进一步决定了界面栅控和体电化学调制的相对贡献。制造技术包括光刻图案化、增材制造、多层打印和混合集成，主动定义了这些结构参数。因此，制造方法直接影响离子传输路径、电化学动力学以及由此产生的神经形态行为，包括迟滞、可塑性和非线性信号处理。在这一背景下，制造超越了其传统上作为加工步骤的角色，转而成为决定器件物理和功能行为的可编程设计变量。

**1.4 范围与内容结构**

本综述提出了一个以材料为中心、制造为意识的框架来理解OECT基神经形态生物电子。第2节审视OMIECs的物理基础，包括离子-电子耦合机制、体积电化学栅控和时间自适应响应。第3节讨论制造技术和器件架构，强调制造策略如何调控器件物理和神经形态功能。第4节综述层级化的系统级实现，包括人工突触、人工神经元、神经形态网络、传感器内计算系统和闭环生物电子平台。第5节概述可扩展制造、操作稳定性、互补集成和长期生物界面部署方面的当前挑战和未来机遇。

**2 用于神经形态生物电子的有机混合离子-电子导体**

**2.1 用于神经形态功能的离子-电子耦合材料**

**2.1.1 混合离子-电子导体** 混合离子-电子导体（mixed ionic–electronic conductors, MIECs）是一类基础材料，其中离子运动和电子电荷传输在单一活性材料内本质且体积地集成。OMIECs占据纯电子系统和纯离子系统之间的中间传输区。电子传输通常通过局域态之间的热激活跳跃或高度有序域中更离域的带状输运进行。离子传输需要离子的质量运动，通常通过干聚合物环境中的分段或配位位点跳跃、电解质溶胀膜中的溶剂化载体输运或质子的Grotthuss机制进行描述。在OMIECs中，离子-电子耦合通过非法拉第和法拉第过程实现移动离子与电子载流子之间的体积相互作用。这种耦合传输产生了由离子动力学支配的渐进、历史依赖的电导调制，从而在材料层面建立了记忆和自适应行为的物理基础。

**2.1.2 体积电荷调制与电化学栅控** OMIECs的一个决定性操作原理是由电化学栅控实现的体积电荷调制。与FETs不同，OECTs中的电化学栅控允许电解质中的离子深入渗透到活性材料的体相。这种离子进入在整个沟道体积内诱导可逆氧化还原过程或静电电荷补偿，导致电子载流子密度的体积调制而非纯界面效应。因为离子电荷存储于整个体相，OMIEC器件的有效电容随体积而非面积缩放，产生的体积电容可能超过传统界面电容数个数量级。OECT跨导表达为gm = (Wd/L) × μ × C*，其中μ为电子载流子迁移率，C*为体积电容。这些几何参数同样调控离子扩散路径和弛豫时间，从而定义了速度、稳定性、可逆性和能效之间的权衡。OECT缩放由竞争性依赖关系支配：较小尺寸加速离子传输但同时减少体积电荷存储。垂直架构中离子扩散长度由膜厚而非光刻沟道长度定义，为部分解耦占用面积与体积容量提供了途径。

**2.2 时间与自适应材料响应**

OMIECs的时间动力学源于有限的离子传输动力学和水合聚合物基质的耦合结构弛豫。在OMIEC系统中，挥发性对应于刺激诱导的离子分布和聚合物应变向平衡的自发弛豫，而非挥发性则需要离子捕获、化学转化或稳定化的结构重构来抑制反向扩散。

**2.2.1 短期与长期记忆效应** 生物神经系统中，记忆产生于跨多个时间尺度的活动依赖性突触效能调制。短期可塑性（STP）表现为兴奋性突触后电流（EPSC）的瞬态调制，而长期可塑性（LTP）代表突触强度的持续增强。广泛研究的STP形式包括双脉冲易化（paired-pulse facilitation, PPF）和双脉冲抑制（paired-pulse depression, PPD），双脉冲比定义为PPR = A₂/A₁。在无机Ag₂S原子开关突触中，电导由金属Ag导电丝的电化学形成和溶解支配。在有机电化学突触器件中，记忆源于OMIECs中的离子-电子耦合。界面离子积累倾向于产生短寿命调制，而更深的渗透和稳定化的氧化还原构型可导致更长的保留和类长期记忆（long-term memory, LTM）行为。

**2.2.2 迟滞、弛豫与历史依赖动力学** OMIECs中的电化学掺杂固有地产生漏极电流-栅极电压特性中的迟滞，反映了离子-电子耦合的历史依赖性。栅极偏压变化后，器件通过受离子扩散、聚合物网络空间位阻和基质粘弹性响应支配的弛豫过程接近平衡。因此瞬态电流呈现与离子限制体积充电相关的单调弛豫，或当电子传输成为速率限制时的尖峰-恢复响应。

**2.2.3 挥发性-非挥发性可逆调控策略** 近期研究表明，挥发性-非挥发性可逆控制可在器件堆栈的不同层级实现。在架构层面，垂直横穿cv-OECT中，低栅极偏压仅掺杂非晶区域产生快速弛豫的挥发性行为，而偏压超过阈值将离子驱入晶域产生稳定多级非挥发性状态。在刺激协议层面，PEDOT:Tosylate/PTHF沟道在短脉冲串下表现出瞬态易化，而增加突触前脉冲数量则将响应渐进地转变为持久LTM水平。在分子设计层面，两性离子交联剂通过约2.03 eV的静电陷阱稳定掺杂态，实现8.65 V的记忆窗口和约10⁶的开关比。

**2.3 OMIECs作为代表性材料体系**

OECTs是将OMIEC材料性质转化为功能性神经形态器件的最广泛采用的平台。在OECTs中，电解质栅极通过离子渗透到材料体相中调节OMIEC沟道的电导，产生体积掺杂和去掺杂。

**2.3.1 PEDOT:PSS及相关导电聚合物** PEDOT:PSS因其高电导率、水相稳定性和溶液可加工性而成为应用最广泛的OMIEC。在该双相体系中，富PSS相充当离子导电聚电解质基质，而富PEDOT域形成逾渗电子通路。二次掺杂剂如乙二醇削弱PEDOT与PSS之间的库仑相互作用并诱导PEDOT链聚集，形成更连续的导电通路，增加体积电容、改善载流子传输和更稳定的模拟电导调制。

**2.3.2 乙二醇化及给体-受体聚合物** 乙二醇化共轭聚合物通过将寡聚乙二醇（OEG）侧链共价引入半导体主链克服了PEDOT:PSS的局限性。这种分子设计促进均匀离子渗透，使体积电化学掺杂主要由聚合物能量学而非相形态决定。OECT沟道材料的关键优值是迁移率-电容乘积μC*，定义为电子载流子迁移率μ与体积电容C*的乘积。同时，给体-受体主链工程通过受体调制调节前沿轨道能量，在水相电解质中稳定电子传输，使能n型OMIECs与常规p型材料共存。两种载流子极性的共存支持互补OECT操作，降低静态功耗。

**2.3.3 水凝胶基及软半导体材料** 水凝胶基半导体材料是机械顺应性最高的OMIEC类别，其高含水量（通常>90%）使离子通过多孔网络快速传输，嵌入的导电聚合物或共轭域保持电子传导。超软共轭网络水凝胶在含水基质内形成连续混合导电通路。化学稳定化的n型半导体水凝胶引入电子传输混合导体，允许超越传统p型OMIECs的互补操作。生物粘附性半导体聚合物与湿组织建立顺应电接触，降低界面阻抗。

**2.4 混合与复合材料体系**

混合与复合材料策略通过空间和功能上解耦离子和电子传输路径来解决单组分OMIECs的性能权衡。聚合物-水凝胶混合体系中，PEDOT:PSS与聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM）等水合聚合物网络集成，形成软离子可渗透栅控界面。聚合物-纳米材料复合物在OMIEC沟道内引入受控电子异质性。例如铁氧化物纳米颗粒掺入PEDOT:PSS涂层纤维中修饰电子传导路径，同时保持离子渗透。互穿全凝胶OMIEC架构基于PEDOT:PSS/聚丙烯酰胺双网络水凝胶，在机械变形和延长电化学操作期间维持共连续离子和电子传输路径。

**3 神经形态生物电子的制造技术与器件架构**

**3.1 传统微加工方法**

OECTs基于沟道内的体积离子-电子耦合工作，器件行为取决于沟道材料的固有特性以及决定几何尺寸和界面可及性的制造策略。过去十年中，OECT微加工通过采用光刻和真空沉积等传统硅基技术取得了显著进步。

**3.1.1 基于光刻的加工** 光刻是现代电子器件制造的基础。由于离子-电子耦合与沟道厚度和横向尺寸成比例，OECTs中的精确图案定义对于控制增益、开关动力学和能量耗散至关重要。为克服光刻胶溶剂对OECT沟道材料的损伤，双交联剂光刻胶策略被报道用于精确图案化PEDOT:PSS OECTs。聚对二甲苯剥离光刻能够在柔性基底上制造器件。

**3.1.2 沉积加工** 图案定义后，通常使用旋涂和气相沉积等沉积工艺形成其他组件。旋涂是一种低成本、高均匀性和高通量的薄膜沉积技术。化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）能够精确控制厚度并产生高度结晶薄膜，物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD）则允许形成致密金属和功能性多层结构。

**3.2 增材制造与新兴制造技术**

增材制造（AM）提供了基于直接材料沉积的根本不同的制造范式，无需大量加工步骤，减少材料消耗，实现低成本大面积制造。

**3.2.1 喷墨打印** 喷墨打印是一种非接触、数字控制的直接书写增材技术，低粘度墨水从喷嘴喷出推向基底表面。喷墨打印特别适合OECT制造，因其能够精确图案化共轭聚合物和其他有机材料，并支持在同一工艺框架内沉积半导体沟道、电极和固态电解质。

**3.2.2 直接墨水书写：挤出式打印** 挤出打印是一种通过逐层沉积制造二维和三维架构的AM工艺。它特别适用于OECTs的制造，因为能够稳定加工高粘度功能性墨水并顺序沉积沟道、电极和电解质层。全打印OECT利用OECT操作的体积离子-电子耦合特性来模拟突触可塑性并展现神经形态功能。

**3.2.3 气溶胶喷射打印与混合工艺** 气溶胶喷射打印（aerosol jet printing, AJP）是一种非接触直接书写AM技术，通过将墨水转化为细气溶胶来沉积功能材料。AJP可处理宽粘度范围的墨水，实现特征尺寸在数十微米量级的高精度图案化。混合制造策略结合多种打印技术，如将3D打印与喷墨打印相结合，或结合丝网打印与气溶胶喷射打印，以实现大面积可制造性和高分辨率图案化。

**3.3 制造策略使能的器件架构**

**3.3.1 平面与垂直器件架构** OECTs的操作特性强烈依赖于离子传输路径和沟道几何尺寸。通过喷墨打印制造的OECTs实现了无需复杂洁净室微加工工艺的高度可重复全平面器件。垂直构型OECT架构因其紧凑的占用面积和可调谐的离子传输路径而成为有前景的方法。垂直固态OECTs通过堆叠源漏电极之间的沟道材料建立。全打印垂直台阶OECTs（VS-OECTs）使用丝网印刷工艺实现，其中源漏电极垂直堆叠，薄沟道层形成于其间。垂直台阶结构中，离子注入路径通过沟道与电解质的直接接触而缩短，实现高跨导和快速瞬态响应。

**3.3.2 柔性与可穿戴器件** OECTs的主要应用涉及与生物组织的直接交互，与柔软动态生物环境的机械兼容性已成为关键设计考量。柔性基底上的OECTs在低电压下工作，通过双电层效应再现突触可塑性行为，同时保持极低能耗。可拉伸OECT阵列通过喷墨打印制造，在器件层面执行生物信号采集和处理，同时保持高制造良率和超过50%的可拉伸性。

**3.4 制造使能的电解质构型**

**3.4.1 凝胶与水凝胶电解质** 传统液态电解质OECTs存在泄漏、蒸发、图案化困难和大面积集成兼容性受限等固有局限。凝胶电解质由固定水或离子液体于交联基质的聚合物网络组成，保持高离子电导率同时提供结构稳定性和机械柔性。全凝胶OECTs结合了聚离子液体基离子凝胶电解质和PEDOT:PSS/PAM双网络半导体凝胶沟道，在50%可拉伸性和重复机械变形下保持稳定运行，展现EPSC、PPF和学习-遗忘-再学习等突触行为。通过电解质层构型的精确控制，可在制造阶段定义沟道内的面离子浓度。

**3.4.2 其他固态电解质** 聚合物电解质中离子传输通过聚合物基质发生，也已作为固态电解质材料探索用于OECT器件。聚电解质是同时包含固定聚合物结合离子和移动抗衡离子的固态电解质。共晶凝胶作为低成本和环境友好的替代凝胶电解质出现，基于深共晶溶剂（deep eutectic solvents, DESs）。通过调节DES基共晶凝胶中的离子液体含量，可系统调节掺杂-去掺杂动力学和迟滞行为。

**3.5 制造使能的操作机制调谐**

制造技术使能精确控制沟道几何尺寸、厚度、离子扩散长度和时间响应。通过调节这些结构参数，制造直接影响离子传输路径和体积掺杂动力学，最终成为调谐OECTs操作机制的关键因素。光刻方法提供最高的图案化精度和器件均匀性，但依赖刚性基底和光刻胶兼容性限制。打印基方法提供更大的材料多样性、基底兼容性和更低制造成本，但特征分辨率有限。垂直和三维架构通过部分解耦器件占用面积与体积离子容量提供额外的设计自由度。AM自然产生的模拟异质性可模拟生物神经网络中观察到的多样性，丰富神经形态系统的动态响应。

**4 OECT基神经形态生物电子应用**

**4.1 神经递质驱动的突触编码**

**4.1.1 神经递质诱导的短期和长期可塑性** 电活性神经递质充当化学写操作，将瞬态离子栅控转化为持久或历史依赖的权重更新。在电化学神经形态器件（electrochemical neuromorphic organic device, ENODe）平台中，多巴胺（dopamine, DA）氧化在栅极产生质子，渗透PEDOT:PSS体相并与PSS^-的磺酸基团结合，导致PEDOT的体积还原和导电聚合物沟道的持久去掺杂。互补的突触抑制可通过引入过氧化氢（H₂O₂）等氧化剂实现。

**4.1.2 多栅极与多模态化学突触架构** 双栅极OECT架构通过将两个独立栅电极集成在共享沟道-电解质系统上来模拟多个突触前输入的汇聚。多模态电化学神经形态平台引入流体神经递质递送来模拟共调制和突触回收过程。血清素（5-HT）产生更持久的电导变化（<27%恢复），而多巴胺诱导的调制大部分是半可逆的（>80%恢复）。

**4.2 传感器内与多模态神经形态处理**

**4.2.1 单器件传感-记忆-处理集成** 垂直结构模式可切换的晶态-非晶态OECTs（cv-OECTs）提供了此类集成的代表性实例。在挥发性状态下，离子掺杂主要发生在沟道的非晶域内，使能快速离子传输和可逆电导调制。在更高栅极电位下，离子部分捕获于晶域内，产生稳定电化学掺杂状态和长保留时间，实现多达1024个可编程电导水平。

**4.2.2 柔性与可穿戴传感器内计算平台** 机械顺应性传感器内神经形态预处理正在柔性和可穿戴OECT平台中实现。本质上可拉伸OECT（ISOECT）阵列与紧凑读出电子器件集成，建立全可穿戴传感器内计算框架。凝胶栅控OECT压力传感器阵列与柔性印刷电路板（fPCB）单片集成。

**4.3 器件级与网络级学习架构**

**4.3.1 材料与结构工程的突触可塑性** 电聚合驱动的树枝状OECT沟道生长清晰展示了形态编码学习。AC电聚合使能直接控制树枝状分支密度和纤维厚度，从而调节离子扩散长度尺度和界面表面积。脉冲时间依赖可塑性（STDP）窗口强烈依赖于生长频率。Y形树枝状构型中，互联聚合物分支的空间排列以构型依赖方式重新分布移动离子。门侧PEDOT:PSS的电化学聚合通过生长介导的结构修饰强化突触增强。

**4.3.2 人工神经元与脉冲动力学** 早期有机人工神经元演示确立了非线性电化学元件可直接在含水环境中生成类脉冲振荡。OECT基泄漏积分-发放（leaky integrate-and-fire, LIF）架构中，质子积累和界面弛豫模拟膜积分、泄漏和复位过程。全打印互补OECT基有机电化学神经元（organic electrochemical neurons, OECNs）引入紧凑轴丘架构，发放频率由电偏压、电容和电解质离子浓度共同决定。在BBL基单晶体管OECNs中，离子可调谐的反双极性和不对称瞬态响应产生高掺杂和低掺杂沟道状态之间的迟滞转变。混合OECT-放大器架构中，振荡区由相空间中的零斜率线交点决定，参数分岔图定义了分离静止和振荡区的稳定性边界。

**4.3.3 网络计算与可重构学习** 浸没在共同电解质中的PEDOT:PSS器件阵列建立了结合硬连线电路径和软离子耦合的混合连接框架。电解质同时介导相邻器件之间的横向离子路径，使能分布式信号传播和符合检测而无需显式物理互连。树枝状PEDOT基网络在生理电解质中通过离子-电子共传输执行时间输入的非线性变换，与离子迁移相关的固有弛豫时间提供自然衰退记忆机制。垂直固态OECTs的结构工程提供了神经形态学习和数字逻辑操作之间功能重构的额外途径。

**4.4 闭环生物电子系统**

高频OECN传感器用于响应性神经刺激，海马电生理信号直接由OECN处理，在器件层面实现非线性求和和阈值判定。化学反馈引入额外自适应控制层，在集成ENODe的混合硅-有机平台中，沟道电流在PID调节下持续与设定值比较。柔性有机人工传入神经将机械压力通过有机环形振荡器转化为频率编码脉冲串，并通过离子凝胶栅控突触晶体管整合。

**4.5 神经形态感知与生物混合智能**

**4.5.1 触觉与体感系统** 单片摩擦电-OECT器件将触觉感知确立为电化学状态编码的一种形式：机械接触在离子凝胶界面产生摩擦电荷，诱导离子极化驱动阳离子向PEDOT:PSS沟道迁移，产生的空穴耗尽调制突触后电流（postsynaptic current, PSC）。脉冲数量依赖可塑性（spike-number-dependent plasticity, SNDP）源于重复离子渗透和去掺杂过程。OECN电路中，增加输入电流产生泄漏积分-发放动力学的阈值触发脉冲特征，频率-电流关系展示0.13至超过140 Hz的可调谐发放范围。可拉伸远程触觉器件将感知扩展到三维非接触景深感知。

**4.5.2 视觉与光电神经形态系统** 基于铁电/电化学双层P(VDF-TrFE)/P(VP-EDMAEMAES)栅极堆叠的混合突触展示了器件级人工视觉记忆。在光触发有机神经形态器件（light-triggered organic neuromorphic device, LOND）中，沟道的电化学掺杂和去掺杂产生挥发性STP和电化学LTP，而铁电偶极子翻转引入额外非挥发性LTP模式。有机离子-光电突触基于p型OMIEC光电化学晶体管架构，给体-受体聚合物gDPP-MeOT2同时充当宽带光吸收剂和离子储库，在可见光至近红外脉冲光照下展示规范的突触功能。

**4.5.3 多模态学习与机器人智能** 代表性多模态条件反射架构将异质感觉输入（接近度和颜色作为非接触线索，压力和温度作为后果信号）整合到由挥发性OECT元件和非挥发电化学随机存取记忆突触组成的紧凑有机神经形态电路中。可生物降解多层人工突触中，温度刺激转化为驱动多层人工突触元件中PSC生成的突触前电压脉冲，离子活性/离子结合/离子活性三层架构利用离子-偶极耦合实现亚毫伏操作下的部分离子保留和渐进PSC演化。

**5 结论与展望**

OMIEC和OECT文献汇聚在一个核心原理上：有机电化学系统中的神经形态行为并非源于复杂的外围电路，而是直接产生于水合、化学活性材料内离子和电子电荷的耦合传输。OMIECs经过专门设计以使能这种相互作用，允许来自电解质的离子运动调节整个沟道体积内的电子载流子密度。因此OECT电导成为由电化学掺杂和去掺杂动力学支配的历史依赖状态变量，而非二进制电子开关。跨不同材料体系和器件架构，一组一致的参数定义了神经形态功能的操作包络，包括可及电导窗口及其模拟线性度、决定记忆持久性的保留与挥发性之间的平衡，以及由离子传输、体积电容和电子电导率决定的特征时间常数。体积电化学充电提供高电容和本征放大，但同时将器件带宽和响应时间耦合到沟道内离子和电子载流子的传输速率，形成了需要审慎工程的固有厚度-增益-速度权衡空间。传输线模型中电导率和体积电容决定信号衰减和相位延迟，直接将混合导电材料性质与生理信号处理的保真度联系起来。在此框架内，传统上被描述为生物相容性的属性——包括电解质稳定性、受控溶胀和可逆离子吸收——并非次要的封装考量，而是稳定神经形态动力学的主要决定因素。最终，制造日益与神经形态生物电子中的器件物理不可分离。增材制造和混合制造技术提供了直接编程沟道体积、电解质几何尺寸和力学边界条件的独特机会，有效地将制造转化为定义离子动力学和计算行为的物理设计层。未来进展将取决于将材料设计、器件物理和制造策略整合到一个统一框架中，其中混合离子-电子传输被审慎地工程化以匹配生物环境中神经形态计算的时间和自适应要求。