欢迎光临,深圳市研森源装饰净化工程有限公司官网!

当前位置:首 页 » 新闻中心 » 行业动态

电子晶体

时间:2019-04-05| 作者:Admin


近年来,科学家们在获取、处理生物基质并与之交互的电子系统方面取得的进展,引发了医学特别是神经病学领域中许多的重要进展。这些生物电子系统,越来越多地用于理解充满活力的生物体以及治疗人类疾病,这些疾病往往需要一些可以记录并处理身体信号,识别模式,释放电或者化学刺激来应对这些问题的设备。

晶体管,是一种非常重要的半导体元件。简单说,晶体管可用于“开关”或者“放大”电路上的电流。包括生物电子系统在内的许多电子系统,都离不开这一基础元件。随着技术创新的不断深入和发展,如今科学家们研制出了各式各样的创新型晶体管,例如采用印刷电子工艺和二维材料制造出的晶体管、基于电子自旋的晶体管、基于激子的晶体管、热电有机晶体管、超薄透明的柔性的晶体管。

可是,如果晶体管要在人体等各种生物环境中安全有效地运行,就必须满足许多苛刻的标准。迄今为止,科学家们尚未构造出符合在这些环境中长时间安全、可靠、快速运行的所有特征的晶体管。

近日,美国哥伦比亚大学工学院电气工程系助理教授 Dion Khodagholy 以及哥伦比亚大学医学中心神经科和基因组医学研究所的 Jennifer N. Gelinas 领导的团队,开发出首个具有生物相容性的离子驱动晶体管,它的速度快到足以实时感知与刺激脑部信号。相关论文于2月27日发表在《科学进展(Science Advances)》期刊上。

这种内部离子门控有机电化学晶体管(IGT)的运行,是通过包含在导电聚合物沟道内的可动离子来运行的。它实现了较高的体积比电容(离子的相互作用涉及整块沟道)并且缩短了离子的输运时间。这种IGT具有大跨导(放大率)和速度,并能被独立地门控和微加工,从而创造出可伸缩、可整合的集成电路。在论文中,研究人员们演示了他们的IGT能为人类皮肤提供一种小型化、柔软、可整合的接口,采用局部放大的方法记录适合数据处理的质量神经信号。

Khodagholy 表示:“我们制造出一种晶体管,它采用离子(身体的电荷载体)进行通信,通信速度快到足以执行神经生理学(研究神经系统的功能)所要求的复杂计算任务。我们的晶体管沟道是由完全生物相容的材料制作出来的,它与离子和电子都可以进行相互作用,使得与身体神经信号的通信更加有效。现在,我们已经能够构造出更安全、更小型、更智能的生物电子器件,例如脑机接口、可穿戴电子器件、反应性疗法的刺激装置,这些装置可长期植入人体。”

过去,生物电子器件一直采用的是传统硅基晶体管。可是,这些晶体管必须经过小心翼翼地封装,从而避免接触体液,这样做不仅是为了病人的安全,也是为了器件的正常工作。这一要求使得基于这些晶体管的植入物变得庞大且僵硬。与此同时,科学家们在有机电子领域完成了大量工作,通过塑料创造具有先天柔性的晶体管,这些设计包括电解液门控晶体管或者电化学晶体管,它们的输出可以基于离子电流来调制。可是,这些装置运行得不够快,无法执行神经生理学应用中的生物电子器件所需要的计算。