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Nanoscale雜志封底刊登我院葛軍、潘書生等人的研究論文
2019-07-07 04:14 澳門新葡亰游戲8522網站  審核人:

 

 

基于生物相容的有機憶阻器在仿生傷害感受器應用的研究

 

葛軍* 張珊 劉志宇 謝志坤 潘書生*

(澳門新葡亰游戲8522網站澳門新葡亰網上平臺app)

 

憶阻器電阻與流經器件的電流歷史相關,因其在信息存儲器件、神經形態計算、人工突觸等方面的應用前景近年來受到廣泛關注。根據憶阻器的阻變特性,可以大致將器件分為穩態開關和瞬態開關兩種類別。其中瞬態開關憶阻器電阻在閾值電壓下從高阻態向低阻態轉變,移除電壓后電阻立刻恢復高阻態。利用這一特性可以開發基于憶阻器的高性能仿生傷害感受器,相對基于傳統CMOS電路的仿生器件,具有結構簡單、功耗低、仿真程度高等優勢。

目前報道的瞬態開關憶阻器一般基于無機材料,而生物有機材料具有人體相容性、原料豐富性、器件柔性及低成本等優點,具有明顯的優勢。然而,目前基于生物有機物的憶阻器件性能無法用來模擬傷害感知功能,需要探索新型的材料和器件結構。

在這項工作中,我們將羧甲基化卡拉膠(CIC)作為活性層,在塑料襯底上制備了一種柔性透明的Ag/CIC/銦錫氧化物(ITO)憶阻器件。通過取代羧基甲基修飾,可以增加離子配位點的數量,使得有機聚合物離子電導率大大提高。這種修飾使得柔性Ag/CIC/IT0器件具有典型的瞬態開關行為,其電阻開關比值在104左右,工作循環次數高達105以上,并可彎曲1000次以上保持性能不下降。該器件完整地模擬了痛覺感受器在正常狀態下的閾值放松行為、在異常狀態下的異痛痛覺過敏行為以及在充分休息后從異常狀態到正常狀態的自愈現象等重要痛覺感受器特性。

在此基礎上,利用Ag/CIC/ITO器件建立了一套記憶式壓力傷害感受系統。這些結果將促進基于生物相容聚合物的非硅電子器件的發展,以模擬人類感覺系統的傷害感受功能。論文發表Nanoscale(中科院一區,2018SCI影響因子為7.233)上,并被雜志選為Back Cover封面報道。

2018年以來,在澳門新葡亰游戲8522網站高水平大學建設經費、“百人計劃”科研啟動費、國家自然科學基金面上項目以及廣東省教育廳重點項目等支持下,澳門新葡亰網上平臺app固體物理與材料研究實驗室基本建成材料合成、微器件制作以及光電性能測試表征的實驗平臺。本項研究主要實驗工作在固體物理與材料研究實驗室蒸發鍍膜儀和“紫外-可見-近紅外光電器件性能測試系統”上完成。

 

 

                                          

 

左圖:雜志封面報道。 右圖:(a)制備方法簡述。(b)器件柔性展示。(c)器件透明性展示。(d)器件截面掃描電鏡圖。(e)電阻瞬態開關行為。

 

 

 

紫外-可見-近紅外光電器件性能測試系統

文章鏈接:Flexible artificial nociceptor using a bio-polymer based forming-free memristor, Jun Ge*, Shan Zhang, Zhiyu Liu, Zhikun Xie, Shusheng Pan*, Nanoscale, 2019, 11, 6591 – 6601. DOI: 10.1039/C8NR08721K

 

 

 

Flexible artificial nociceptor using a bio-polymer based forming-free memristor

 

Jun Ge*, Shan Zhang, Zhiyu Liu, Zhikun Xie, Shusheng Pan*

(School of Physics and Electronic Engineering, Guangzhou University)

 

The development of electronic devices possessing the functionality of a nociceptor is a crucial step toward electronic receptors which can transfer the external stimuli to the internal nerve system. Of the various materials that have been used to realize artificial nociceptor, biopolymers have the advantages of being abundant, inexpensive, biocompatible, and flexible. In this work, nociceptor behaviors are demonstrated by the flexible Ag/carboxymethyl ι-carrageenan/ITO/PET forming-free memristors for the electronic receptors. The flexible carboxymethyl ι-carrageenan-based memristor showed threshold switching characteristics with a high ION/IOFF ratio of ~104 and good switching endurance (>1.5×105 cycles). It also showed high bending endurance over 1000 cycles when measured in both the flat and the maximum bending conditions. More importantly, it differs from other common sensory receptors with its key features and functions, including threshold, relaxation, allodynia and hyperalgesia behaviors. Such nociceptive behaviors are attributed to the formation and spontaneous rupture of the Ag filament with diffusive dynamics. At last, we further built a pressure sensory alarm system by using our artificial nociceptor devices.

 

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