瑞典林雪平大學研究團隊最近發表了一項里程碑式成果：全球首個單晶體管有機電化學神經元（1T-OECN）研制成功。該器件僅用一個有機電化學晶體管即完整模擬生物神經元動態特性，將傳統數十個晶體管的復雜電路濃縮為單一元件，并實現離子感知，為高密度神經形態計算、腦機接口及生物電子系統的革新開辟了全新路徑。相關成果以“Single-transistor organic electrochemical neurons”為題發表在Nature Communications《自然通訊》期刊上。論文通訊作者是瑞典林雪平大學教授Simone Fabiano，第一作者是博士生紀君朋。

大道至簡：單個器件模擬生物神經元的動態特性

1.極簡設計

• 生物神經元依賴離子通道實現信號傳遞，傳統硅基器件需復雜電路模擬這一過程。

• 新器件利用有機聚合物BBL的非對稱開關特性，通過電解液調控離子遷移，在單晶體管中集成動作電位生成、脈沖頻率適應、邏輯運算等17種神經行為，媲美生物神經元的多維動力學。

圖1 BBL OECT的非對稱開關特性及記憶性能

圖2 模仿生物神經元離子通道，使用一個OECT實現連續動作電位的產生

2.化學-電信號雙模態響應

• 器件可感知電解液中離子（如NH??、Br?）濃度變化，動態調整脈沖模式；

• 結合壓力傳感器后，能直接將機械刺激轉化為神經信號，模擬皮膚觸覺神經功能。

3.高密度柔性集成

• 在柔性基板上實現每平方厘米62,500個神經元的集成密度，可實現的體積密度和一致性接近真實神經元；

• 實驗證實大鼠神經元可在器件表面正常生長，生物相容性為植入式腦機接口鋪平道路。

圖3 1T-OECN實現復雜神經特性及邏輯運算

圖4 高密度1T-OECN陣列及神經形態人工皮膚、神經信號傳遞通路的實現

道法自然：從神經信號到邏輯運算的全能仿生

• 類腦計算：單個器件支持AND、OR、XOR等6種邏輯運算，同時具備突觸可塑性（STDP），可構建學習型神經網絡；

• 神經形態感知：已演示觸覺-神經信號轉換系統，未來可擴展至視覺、聽覺等多模態傳感；

• 模塊化神經通路：僅用3個晶體管即實現突觸-神經元信號級聯，大幅簡化人工神經網絡硬件。

科學意義
作者指出：“1T-OECN的獨特之處在于，它既是晶體管，又是具備離子感知能力的仿生神經元。這一設計彌合了電子計算與生物系統的鴻溝，為可穿戴設備、智能假肢乃至神經修復技術提供了全新硬件范式。”

未來展望
團隊計劃進一步優化器件在復雜生物環境中的穩定性，并探索其在實時環境感知機器人和高精度腦機接口中的應用。這項研究標志著有機電子與神經科學的深度交叉，或將催生新一代“生物融合智能”技術。

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