哥伦比亚研究人员设计快速、灵活、功能强大的生物电子设备

　　5月19日消息，哥伦比亚大学工程与应用科学学院的研究人员发表了他们的生物电子学研究成果，并讨论了他们有机的、生物相容的晶体管技术。生物相容性电子学的研究由Dion Khodagholy与Jennifer N.Gelinas（分别来自CU和电气工程助理教授兼神经学助理教授）共同领导。这项研究的关键之处在于，它们表明电子产品有一天可能会与人体更加兼容，该论文主要解释了如何通过使用离子驱动晶体管“e-IGTs”来实现这一点。

　　生物电子学是“生物学”和“电子学”的结合体，是指生物相容性的各种电子元件，即对活组织无毒。与传统电子设备（其组件特性不适合人类细胞，因此需要安置在合适的外壳内用作植入式设备）相反，生物电子设备不需要进行保护性封装才能正常工作。相反，它们在形式上是有机的，因此可以更实际、更安全地植入。

　　CU的研究人员通过引用有机物替代传统起搏器和其他医疗技术的改进来阐述这两个极端。Khodagholy说：“如果我们的设备更小、更灵活，并且与我们的身体环境天生兼容，我们就可以做更多的事情，而不是将大型植入物封装在厚金属盒中，以保护身体和电子设备彼此不受伤害。”

　　除此之外，显然还有许多其他有缺陷的植入式医疗设备，否则，这些设备也将通过有机化和生物相容性得到极大改善。这种生物相容性的基本结论是，佩戴者的癫痫放电和其他神经问题可能会被实时监测，以便进行医学分析，然而，我们稍后将研究CU创新的其他（以工程为中心）影响。

　　电化学晶体管在生物电子学中的成功主要归功于研究人员对所涉及的材料科学的关注，特别是他们对绕过传统晶体管而采用自己的替代技术的兴趣：所说的“e-IGTs”。正如论文所解释的：“尽管它们（传统的基于晶体管的器件）与电子配合得很好，但它们在与离子信号相互作用方面并不十分有效，而离子信号正是人体细胞的通信方式。因此，这些特性限制了非生物/生物耦合仅限于材料表面的电容性相互作用，从而导致性能降低。有机材料被用来克服这些限制，因为它们天生就具有灵活性。”

　　除了能够避免需要植入物保护外壳外，研究人员还选择了“有机材料”，因为它们具有电子和离子传导能力。事实上，e-igt“在其通道中嵌入了移动离子”，结果是一个更有效的离子传输过程，高跨导和增益带宽“比其他离子晶体管高几个数量级”。

　　这种结构意味着e-igt对佩戴者的生物离子，即人体细胞用来传递神经信息的离子具有高度的接受性。另外，重申一下，这种材料可以更安全、更实际地植入人体内，因为它不需要一个与生物相容的外壳。

　　除了这项研究对神经疾病研究的意义之外，工程意义当然也很重要。哥伦比亚大学的研究人员认为，除了在神经病学领域的重要优势外，e-IGTs的发现还可以实现其他优势（例如，他们还引用了可穿戴的微型传感器）。

　　此外，从设计的角度来看，e-IGTs的优势也同样突出。在器件小型化的重要性空前高涨的今天，不受侵入性外壳和其他刚性器件需求影响的软、柔性电子器件是制造业的一个可喜贡献。

　　总之，有无数的应用将受益于哥伦比亚大学的晶体管技术，其可制造性和对日益需要的生物相容性器件领域的适用性显示了未来电子技术的明确前景。

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