近年来，脑科学、再生医学与人工智能的飞速发展促进了生物神经修复与脑机接口技术的现实转化。人工神经作为这些技术的核心，需高效处理生物体内微弱高频信号，要求兼具快速响应、高放大能力和良好生物相容性，实现感知、处理与记忆的一体化。然而，传统硅基电路因缺乏生物化学信号响应能力、生物相容性差及难以与神经组织稳定连接等问题，难以满足人工神经的需求。
针对以上问题，西安交通大学金属材料强度全国重点实验室的马伟教授团队设计出一种新型具有梯度双连续结构（GIBS）的垂直有机电化学晶体管（v-OECT）器件，构筑了生物相容性好、可化学调控的高性能人工神经。GIBS结构在聚合物半导体垂直沟道上顺序沉积离子导体，形成电子和离子的连续高速传输通道，实现n型掺杂，解决了电荷与离子传输难题。同时，GIBS结构抑制了离子导体对半导体结构的破坏，提供了高离子脱嵌势垒，确保了良好的电导记忆性能。此外，离子导体层促进细胞生长，提升了器件的生物相容性。
得益于上述设计，具有GIBS结构的有机电化学晶体管（OECT）实现了高跨导和超快响应速度，综合性能为目前报道的n型OECT中的最高值。其作为感受器，可对光、电、化学等多模态信号实现高灵敏响应；作为神经元，可通过互补反相器实现248V/V的高电压增益和1.5kHz的高截止频率；作为神经突触，可实现100kHz的高频电导读写和长时间的电导记忆。由以上三部分均质集成而构建的人工神经，不仅具有良好的生物相容性和长期植入稳定性，还可以在钙离子的化学介导下以超过250Hz的频率实现对外界信号的感知-处理-记忆功能，覆盖了所有已知生物神经的刷新频率范围。
通过植入实验，该人工神经成功使神经功能受损的小鼠恢复了条件反射能力。该研究在有机半导体和新兴神经电子学领域具有重要科学价值和应用前景，为脑机接口开发和各类神经系统疾病的治疗提供了新思路，特别是对脊髓损伤、周围神经损伤等疾病的修复具有积极意义。
相关研究成果以《一种基于均质集成有机电化学晶体管的高频人工神经》为题发表在国际材料与电子学交叉领域顶级期刊《自然-电子》上。这一突破性进展不仅为人工神经技术的发展提供了新思路，也为未来生物电子学与医学工程的深度融合奠定了重要基础。
（姚旺）
