有机电化学晶体管（organic electrochemical transistor，OECT）可在低电压下实现离子信号与电子信号的转换，兼具柔性、生物相容性和信号放大能力，是生物电子界面与神经形态计算的重要器件。与传统场效应晶体管不同，OECT中的电解质离子能够进入有机半导体沟道并引发体相掺杂。因此，离子的种类、尺寸、水合状态及其与聚合物的相互作用，会直接影响器件的跨导、响应速度、迟滞和稳定性。

近日，大湾区大学物质科学学院陈虎团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》发表题为“The Regulating Role of Ionic Species in Organic Electrochemical Transistors: Toward High-Performance Bioelectronics”的论文。文章以离子作用为主线，贯通基础机理、材料设计、器件结构和生物电子应用，构建了理解与调控OECT性能的跨尺度框架。

文章首先梳理了界面双电层充电、体相离子扩散与聚合物电化学掺杂之间的联系。作者指出，离子对OECT性能的影响不能仅由离子半径或迁移率判断，还取决于水合壳层、溶剂化能、浓度、电极极化特性以及离子与有机混合离子-电子导体的特异性相互作用。

围绕材料设计，文章重点讨论了主链、侧链、形貌和电解质工程，并提出需要正视OECT中的“结晶度困境”：较高结晶度有利于电子传输，却可能限制离子渗透；增强亲水性可改善离子可达性，但过度溶胀又会破坏分子有序性。高性能材料的关键并非追求单一参数最大化，而是在具体电解质和掺杂状态下协调结晶度、溶胀、离子亲和性与电子连通性。水凝胶、离子凝胶、固态电解质、交联网络及内部离子储库等策略，则可进一步缩短离子迁移距离并改善电解质/沟道界面。

在应用层面，OECT可通过离子选择膜、生物识别层和栅极界面反应，将离子、小分子、蛋白质及生理电信号转化为放大的电流响应。在神经形态器件中，离子的注入、扩散、俘获和释放可形成易失或非易失电导状态，对应短时程记忆、长时程记忆和多级突触权重。由此，离子动力学既决定传感灵敏度，也决定人工突触的更新速度与保持特性。面向实际应用，文章提出应发展动态自适应聚合物网络和跨尺度原位表征，解决反复掺杂引起的结构演变；同时推进可印刷材料、阵列集成、抗生物污染界面以及统一测试标准。机器学习辅助材料设计与共享数据库有望提高不同材料和器件之间的可比性，加快OECT从实验室原型走向稳定、可集成的智能生物电子系统。

大湾区大学物质科学学院为论文唯一作者单位。刘万里为论文第一作者，大湾区大学首届本科生彭玄麟为论点的第二作者，新加坡国立大学访问学生何孟予为论文的第三作者，陈虎研究员为论文的唯一通讯作者。

论文题目：The Regulating Role of Ionic Species in Organic Electrochemical Transistors: Toward High-Performance Bioelectronics

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.6c12258

陈虎研究员长期从事有机半导体材料、有机混合离子-电子导体及其在电化学器件和储能体系中的应用研究。团队现面向海内外招收客座研究生、研究助理和博士后研究人员，欢迎有志于有机电子学、功能高分子、生物电子器件和先进储能材料研究的青年学者加入。

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