在生物学和技术的交叉点上，研究人员的目标是破译细胞和电路的神秘方言。通过每一次翻译，他们弥合了生物体和医疗植入技术之间的鸿沟。

数字设备依靠电子开关来管理电流和电压，而我们的身体则通过化学反应来运作——在我们的大脑中，神经元通过移动带电原子或分子(离子)而不是电子来传递信号。

心脏起搏器和血糖监测仪等植入式设备依赖于能够使用两种语言并弥补这一差距的组件。这些组件包括有机电化学晶体管(OECT)，它们允许电流在植入式生物传感器等设备中流动。

科学家们早就知道 OECT 的一个怪癖，但没有人能解释：当 OECT 开启时，电流在达到所需的工作水平之前会有一个延迟。当关闭时，没有延迟，电流几乎立即下降。

冲绳科学技术研究所 (OIST) π 共轭聚合物部门负责人 Christine Luscombe 教授 与华盛顿大学和浙江大学的研究人员合作，解决了这个滞后的谜团。在此过程中，这些科学家为定制 OECT 铺平了道路，使其能够应用于生物传感、脑启发计算等领域。

他们的研究发表在 《自然材料》杂志上， 研究发现 OECT 通过两步过程开启，这会导致延迟。然而，它们似乎通过更简单的一步过程关闭。

“了解这种转换行为背后的原因可以让我们设计出更好的材料，从而实现更快的数据处理，”Luscombe 教授解释道。

过去，科学家已经认识到 OECT 的异常切换行为，但直到最近，确切原因仍是一个谜。快速切换能力对于广泛的应用至关重要。

原则上，OECT 的工作原理类似于电子器件中的晶体管：打开时，它们允许电流流动。关闭时，它们会阻止电流流动。然而，OECT 的工作原理是将离子流与电子流连接起来，这使得它们成为与化学和生物学交互的有趣途径。

这项新研究解释了 OECT 开启时经历的两个步骤。首先，离子波前穿过晶体管。然后，更多带电粒子侵入晶体管的柔性结构，导致其略微膨胀，并将电流提升至工作水平。相比之下，研究小组发现失活是一个一步到位的过程——带电化学物质的水平只是均匀地下降到晶体管的各个部分，迅速中断电流的流动。

了解滞后的原因应该有助于科学家设计新一代 OECT 以用于更广泛的应用。

“技术开发中始终存在着让组件运行更快、更可靠、更高效的动力，”项目负责人、华盛顿大学化学教授 David Ginger 教授说道。“然而，OECT 的行为&luo;规则&ruo;尚未得到很好的理解。这项工作的驱动力是学习它们并将其应用于未来的研究和开发工作。”

无论它们是用于测量血糖还是大脑活动的设备，OECT 主要由柔性有机半导体聚合物(复杂的富碳化合物的重复单元)组成，并浸泡在含有盐和其他化学物质的液体中运行。

对于这个项目，该团队研究了响应电荷而改变颜色的 OECT。聚合物材料由 OIST 的 Luscombe 教授团队和浙江大学的李昌志教授团队合成，然后由华盛顿​​大学的博士生 Jiajie Guo 和 Shinya “Emerson” Chen 转化为晶体管，他们也是该论文的共同主要作者。

“OECT 材料设计的一大挑战是创造一种既能促进离子有效传输又能保持电子导电性的物质，”Luscombe 教授说道。“离子传输需要柔性材料，而确保高电子导电性通常需要更坚固的结构，这给此类材料的开发带来了难题。”

通过在显微镜下观察并用智能手机摄像头精确记录定制 OECT 开启和关闭时发生的情况，科学家清楚地表明，两步化学过程是 OECT 激活滞后的核心。

过去的研究表明，聚合物结构，尤其是其柔韧性，对 OECT 的功能至关重要。这些设备在充满液体的环境中工作，其中含有化学盐和其他生物化合物，与我们的数字设备的电子基础相比，这些化合物体积更大。

这项新研究更进一步，更直接地将 OECT 结构与性能联系起来。华盛顿大学科学家拉吉夫·吉里达拉戈帕尔 (Rajiv Giridharagopal) 表示，研究小组发现，激活滞后的程度应根据 OECT 的材质而有所不同，例如其聚合物是更有序还是更随机排列。未来的研究可以探索如何减少或延长滞后时间，对于当前研究中的 OECT 来说，滞后时间是几分之一秒。

Giridharagopal 说道：“根据您要构建的设备类型，您可以定制成分、流体、盐、电荷载体和其他参数以满足您的需求。”

OECT 不仅用于生物传感。它们还用于研究肌肉中的神经冲动，以及用于创建人工神经网络和了解大脑如何存储和检索信息的计算形式。由于其用途多样，我们需要创建具有特定功能的新一代 OECT，包括可控的上升和下降时间。

这项研究的结果增强了我们对身体如何与数字植入技术进行交流的理解，进而加速了下一代应用程序的开发。

“我们对这些发现感到非常兴奋，它们将帮助我们开发下一代 OECT 材料，”Luscombe 教授说。