某些与人体相结合的电子产品——例如，可以对你的汗液进行采样的智能手表——通过将生物组织的离子信号转换为晶体管中使用的电子信号来工作。但是这些器件的材料通常被设计成在牺牲电子性能的同时最大限度地吸收离子。

为了解决这个问题，麻省理工学院的研究人员开发了一种设计这些材料的策略，称为有机混合离子电子导体(OMIECs)，使它们的离子和电子能力达到平衡。

Merton C. Flemings材料科学与工程助理教授Aristide Gumyusenge说，这些优化的OMIECs甚至可以以一种模仿生物神经元的方式学习和保留这些信号。

他说:“这种行为是下一代受生物启发的电子产品和身体-机器接口的关键，我们的人造组件必须与自然组件使用相同的语言，才能实现无缝集成。”

Gumyusenge和他的同事周五在Small杂志的“新星”系列上发表了他们的研究结果。他的合著者包括麻省理工学院博士后Sanket Samal;Heejung Roh和Camille E. Cunin，都是麻省理工学院的博士生;以及韩国先进科学技术学院的访问博士生Geon Gug Yang。

建设一个更好的OMIEC

直接与人体连接的电子设备需要由轻质、柔性和生物兼容的电子设备制成。像OMIECs这样的有机高分子材料，可以同时传输离子和电子，是这些器件中晶体管的优秀组成部分。

“然而，离子导电性和电子导电性有相反的趋势。”Gumyusenge解释道。“也就是说，提高离子摄取通常意味着牺牲电子迁移率。”

Gumyusenge和他的同事们想知道，他们是否可以通过从头开始设计新的共聚物来构建更好的OMIEC，他们使用一种称为DPP的高导电颜料，并设计共聚物的化学骨架和侧链。通过选择性地控制特定侧链的密度，研究人员能够最大化离子渗透性和电子电荷传输。

这项技术可以用来“建立一个广泛的OMIECs库……从而解开目前存在于离子电子设备中的单一材料适用于所有的瓶颈”，Gumyusenge说。

新设计的OMIECs在300摄氏度(572华氏度)的烘焙步骤后还保留了其电化学性能，使其与用于制造传统集成电路的商业制造条件兼容。

考虑到OMIEC设计过程涉及添加更软、更“离子友好”的构件，聚合物的热性能和热处理的影响“令人印象深刻，令人惊喜，”Gumyusenge说。

人工神经元中的OMIECs

麻省理工学院研究人员的设计策略使得调节OMIEC接收和保持离子电化学电荷的能力成为可能。这一过程类似于生物神经元，在学习和记忆过程中使用离子进行交流。

这让Gumyusenge的团队想知道:他们的OMIECs能否用于模拟大脑神经元之间突触连接的设备?

麻省理工学院的研究表明，人造突触可以以一种类似于作为学习基础的突触可塑性的方式传导信号，以及类似于记忆形成的生物过程的突触信号传输的持续加强。

研究人员说，有一天，这些类型的人工突触可能会形成人工神经网络的基础，从而使电子学和生物学的整合更加强大。

例如，Gumyusenge说，“像我们报道的聚合物这样的材料很有希望发展闭环反馈系统。”它可以做一些事情，比如监测一个人的胰岛素水平，并根据这些数据自动提供正确的胰岛素剂量。

这项研究在一定程度上得到了麻省理工学院K. Lisa Yang脑-体中心和韩国先进科学技术研究所的支持。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。