水凝胶基半导体材料在生物集成电路领域的潜在应用前景

10 月 28 日消息，水凝胶具有和生物组织相似的机械性能、含水量高和离子通透性好等特性，在组织工程、医用敷料、生物传感等领域具有广泛的应用。水凝胶与导电材料复合后，可以实现电子导电，展现出优异的生物组织-电子器件界面特性，已经实现了多种检测、诊断和治疗功能。

但和硅基电子器件相比，水凝胶电子器件因为缺少半导体水凝胶材料，尚无法实现丰富的集成电路功能，例如开关、整流、运算、放大等。

芝加哥大学王思泓研究团队于 10 月 24 日在 Science 上发表了题为“Soft hydrogel semiconductors with augmented biointeractive functions”的论文，开发了一种溶剂亲和力诱导组装方法，将不溶于水的聚合物半导体整合到双网络水凝胶中。

▲水凝胶半导体用于生物界面多模式应用

他们将聚合物半导体 p (g2T - T) 与用于形成水凝胶的单体丙烯酸在二甲亚砜中混合，经紫外光交联形成双网络结构。

这种半导体模量软至 81 kPa，拉伸率达 150%，载流子迁移率高达 1.4 cm2V−1s−1。当它们与生物组织界面接触时，与组织相近的模量可以减轻免疫反应。

水凝胶的高孔隙率增强了半导体-生物流体界面上的分子相互作用，从而实现了更高响应的光调节和更高灵敏度的体积生物传感。

查询获悉，北京大学材料科学与工程学院雷霆研究员课题组也曾提出半导体水凝胶设计策略。他们通过将水溶性阳离子共轭高分子用抗离子交联或与其他水凝胶共混形成多网络结构，基于半导体水凝胶首次实现了具有开关特性的半导体水凝胶器件和逻辑电路，并实现了生物电信号的原位高信噪比放大。相关工作以“N-type Semiconducting Hydrogel”为题于今年 5 月发表在 Science。