在当今可穿戴医疗设备和人机交互技术飞速发展的时代，柔性生物电子器件正扮演着越来越重要的角色。其中，有机电化学晶体管（OECT）因其能够在极低功耗下放大微弱生物信号，并模拟神经元非线性行为而备受关注。然而，尽管OECT在生物传感和脑启发计算领域展现出巨大潜力，其柔性器件的制造过程却一直面临诸多挑战：传统制造方法耗时耗力、器件良率低、电极图案化工艺复杂，且各功能层在柔性基底上的附着力差。更棘手的是，常用的铜电极在水性电解质中容易发生氧化还原反应，严重影响器件稳定性。这些问题严重阻碍了柔性OECT在实际应用中的推广。
为了突破这些技术瓶颈，香港大学张世明教授团队在《npj Flexible Electronics》上发表了一项创新研究，提出了一种全新的柔性OECT制造策略。该工作巧妙地将成熟的柔性印刷电路板（fPCB）制造技术与定制化喷墨打印相结合，实现了高性能全固态OECT的高效、低成本制备。
研究团队采用了几项关键技术方法：首先利用商业fPCB工艺制备电极、互连线和绝缘层，并通过电镀金层保护铜电极；随后采用定制喷墨打印系统图案化PEDOT:PSS（聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)）通道和凝胶电解质；使用非水聚丙烯酸乙酯（PEA）离子凝胶作为固态电解质，有效防止铜电极氧化；并通过添加交联剂增强功能层间附着力。所有电学表征均使用标准电化学工作站和源测量单元完成。
设计全集成柔性传感内计算电路
研究人员设计了一个基于fPCB制造的非水凝胶门控OECT的完整传感内计算系统。该系统集成了无线读出电路与OECT阵列，能够同时实现生物传感和生物计算功能。在fPCB基底上，系统包含了电源管理模块、模拟前端模块和内置蓝牙低功耗（BLE）微控制器，支持实时信号采集与传输。36个OECT单元组成的阵列在5厘米×8厘米区域内集成了108个互连，通道长度最小可达100微米。
在fPCB上制造OECT阵列
制造过程始于在聚酰亚胺（PI）基底上光刻图案化铜电极，随后电镀20纳米金层保护铜电极，并用第二层PI进行封装。研究发现，虽然金层保护有一定效果，但铜电极在水性电解质中仍存在氧化还原不稳定性。而使用凝胶电解质可有效抑制离子向底层铜电极扩散，在-1V至+1V的电压扫描范围内几乎观察不到氧化还原电流，为开发全固态器件奠定了基础。
OECT特性表征
制备的柔性全固态OECT表现出优异的性能：器件工作在耗尽模式，开关比高达约1000，迁移率达1.1平方厘米每伏秒（cm2V-1s-1）。转移曲线显示微小滞后现象，在-0.1V至0.8V的循环扫描下具有良好的可重复性。瞬态响应在60个门脉冲循环后保持不变，电流变化范围小于10%，证明了器件的高稳定性。
fPCB制造的OECT阵列的均匀性和柔性
对200个器件进行的统计测量显示，器件良率接近100%，且具有高度均匀性。弯曲测试表明，在弯曲半径从10毫米到50毫米的变化过程中，器件的转移曲线和跨导值均无明显变化，这得益于fPCB的薄厚度（200微米）和PEDOT:PSS中添加的可拉伸性增强剂带来的优异贴合性。
fPCB制造的柔性OECT的触觉传感评估
研究人员通过集成微金字塔结构离子凝胶门控电极，开发了可快速定制的OECT触觉传感器。该传感器对0.1帕至10帕的宽压力范围表现出高灵敏度响应。手写实验字符从“0”到“9”的测试结果，经过二值化处理和重塑后，可作为后续传感内计算过程的输入数据集。
fPCB制造的柔性OECT的神经形态功能评估
研究进一步展示了柔性OECT阵列在神经形态计算中的应用潜力。采用储备池计算（RC）框架，以12个柔性OECT组成储备层，使用集成触觉传感器阵列的信号作为测试任务。输入数据被编码为不同的二进制门输入模式，基于OECT优异的非线性瞬态响应，储备层输出16个可区分的漏极电流（Ids）值。经过预训练的单连接层作为输出层，混淆分析显示分类准确率超过90%。
该研究通过巧妙的材料选择和制造工艺创新，成功解决了柔性OECT实际应用中的多个关键问题。fPCB技术与喷墨打印的结合，使得器件制造时间缩短至24小时内，成本降至约10美元每平方米，且无需昂贵的洁净室设施。凝胶电解质的使用有效克服了铜电极的稳定性问题，而优化后的打印工艺确保了功能层间的良好附着力。研究结果表明，这种方法能够同时实现高器件良率、高均匀性和高柔韧性，为可穿戴生物电子、实时健康监测和边缘计算等应用提供了可行的技术路径。特别是其在触觉传感和神经形态计算方面的成功演示，预示着柔性OECT在个性化精准医疗和人机交互领域的广阔应用前景。
