麻省理工学院的工程师开发出有机聚合物，可以有效地将来自生物组织的信号转换为晶体管中使用的电子信号。某些与人体结合的电子产品——例如，对你的汗液进行采样的智能手表——通过将生物组织的基于离子的信号转换为晶体管中使用的基于电子的信号来工作。但这些设备中的材料通常旨在最大限度地吸收离子，同时牺牲电子性能。

为了解决这个问题，麻省理工学院的研究人员制定了一种策略来设计这些材料，称为有机混合离子电子导体(OMIEC)，使它们的离子和电子能力达到平衡。

根据MertonC.Flemings材料科学与工程助理教授AristideGumyusenge的说法，这些优化的OMIEC甚至可以以模仿生物神经元的方式学习和保留这些信号。

“这种行为是下一代受生物学启发的电子产品和人体机器接口的关键，在这些接口中，我们的人造组件必须使用与自然组件相同的语言才能实现无缝集成，”他说。

Gumyusenge和他的同事周五在Small杂志的“新星”系列中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SanketSamal;HeejungRoh和CamilleE.Cunin，都是麻省理工学院的博士生;和韩国科学技术院的访问博士生GeonGugYang。

建设更好的OMIEC

直接与人体接触的电子产品需要由轻质、灵活且具有生物相容性的电子产品制成。OMIEC等有机聚合物材料可以传输离子和电子，是这些设备中晶体管的绝佳构建模块。

“然而，离子和电子电导率有相反的趋势，”Gumyusenge解释道。“也就是说，提高离子吸收通常意味着牺牲电子迁移率。”

Gumyusenge和他的同事想知道他们是否可以通过使用一种称为DPP的高导电颜料并设计共聚物的化学主链和侧链从头开始设计新的共聚物来构建更好的OMIEC。通过有选择地控制特定侧链的密度，研究人员能够最大限度地提高离子渗透性和电子电荷传输。

Gumyusenge说，该技术可用于“建立广泛的OMIEC库……从而解决目前存在于离子电子设备中的单一材料瓶颈”。

新设计的OMIEC在经过300摄氏度(572华氏度)的烘烤步骤后还保留了其电化学特性，使其与用于制造传统集成电路的商业制造条件兼容。

鉴于OMIEC设计过程涉及添加更柔软和更“离子友好”的构建块，聚合物的热性能和热处理的影响“令人印象深刻且令人惊喜，”Gumyusenge说。

人工神经元中的OMIEC

麻省理工学院研究人员的设计策略使调整OMIEC接收和保持基于离子的电化学电荷的能力成为可能。这个过程类似于生物神经元发生的情况，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OMIEC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，人工突触可以以类似于学习背后的突触可塑性的方式传导信号，并持续加强突触的信号传输，类似于记忆形成的生物过程。

研究人员说，有一天，这些类型的人工突触可能会构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，“我们报告的聚合物等材料是开发闭环反馈系统的有前途的候选材料”，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剂量的胰岛素.