文献信息
题目：N-type semiconducting hydrogel
N型半导体水凝胶
期刊：Science
IF：44.7
DOI：10.1126/science.adj4397
日期：3 May 2024
作者信息
第一作者：Peiyun Li
通讯作者：Ting Lei
通讯单位：北京大学
主要内容
水凝胶是一类极具吸引力的生物界面材料，具有可调节的力学性能、多样的生化功能和良好的离子导电性。尽管有这些优点，但它们在电子领域的应用一直受到限制，因为它们缺乏半导体特性，而且它们传统上只用作绝缘体或导体。本文开发了基于水溶性n型半导体聚合物的单网络和多网络水凝胶，赋予传统水凝胶以半导体性能。这些水凝胶具有良好的电子迁移率和高开/关比，能够制造具有低功耗和高增益的互补逻辑电路和信号放大器。证明了具有良好生物粘合剂和生物相容性界面的水凝胶电子元件可以感知和放大电生理信号，并提高信噪比。
结果与讨论
基于P（PyV）的单网络半导体水凝胶
通过阳离子掺入共轭聚合物骨架的方式来改善亲水性，采用小尺寸离子DBS（1,3-苯二磺酸钠）作为交联剂可以最大限度地减小对电子性质的影响。交联膜不溶于水，在水中稳定。
P(PyV)-H的半导体性质
P(PyV)-H具有优异的离子储存和输运能力，DFT计算表明，电子沿聚合物主链离域。基于水凝胶的互补逆变器具有低工作电压和高增益的特点，水凝胶放大器，信号放大功能可以在1到100 Hz范围内实现。
多网状水凝胶的制备及性能研究
多聚网络和组分的存在对P(PyV)聚合物网络的半导体性能没有显著影响。合成的半导体水凝胶可以在保持优异的电子性能的同时，集成传统水凝胶的更多吸引人的特征。构建了基于MNH-2的逆变器，该器件表现出良好的运行稳定性，在长时间运行中其放大性能基本保持不变。
半导体水凝胶放大器的应用
总结
本文开发了基于水溶性n型阳离子半导体聚合物的单网络和多网络水凝胶。水凝胶表现出特殊的n型半导体特性，可用于构建逻辑电路和放大器。该半导体水凝胶具有良好的生物相容性、机械性能、生物粘附性和半导体性能。半导体水凝胶可以有效地放大生物电子学中的各种电生理信号。
