清華新聞網(wǎng)3月7日電 絕大多數(shù)氣體傳感器在檢測(cè)有害氣體時(shí)表現(xiàn)出出色的靈敏度和穩(wěn)定的循環(huán)性能，但是其檢測(cè)信號(hào)會(huì)隨著氣體刺激的減弱或者消失而消失。與人體的嗅覺(jué)系統(tǒng)相比，這些氣體傳感器無(wú)法預(yù)警人體暴露在低濃度有害氣體中隨著暴露持續(xù)時(shí)間和頻率的增加而累積的危害。硫化氫（H2S）作為一種內(nèi)源性氣體遞質(zhì)，參與了人體中多個(gè)生理學(xué)、病理學(xué)過(guò)程。然而，吸入異常濃度的H2S可對(duì)人體健康構(gòu)成重大威脅。盡管人的鼻子可以嗅到H2S刺鼻的臭雞蛋氣味，但由于H2S對(duì)人體的損害具有累積效應(yīng)，長(zhǎng)時(shí)間吸入H2S會(huì)引發(fā)嗅覺(jué)疲勞，從而失去對(duì)刺激性氣味的辨別能力。因此，開(kāi)發(fā)具有H2S傳感和記憶功能并行的仿生嗅覺(jué)突觸將為持續(xù)的健康監(jiān)測(cè)和智能診療提供重要幫助。
針對(duì)這一關(guān)鍵問(wèn)題，清華大學(xué)材料學(xué)院尹斕副教授、符汪洋副教授與清華大學(xué)電子系張沕琳副教授等課題組緊密合作，通過(guò)引入“呼吸圖法”制備的多孔固態(tài)電解質(zhì)，設(shè)計(jì)并制備了基于全固態(tài)有機(jī)電化學(xué)晶體管的仿生嗅覺(jué)突觸。實(shí)驗(yàn)證明，H2S與多孔固態(tài)電解質(zhì)的相互作用增大了有機(jī)電化學(xué)晶體管的柵極調(diào)制作用，實(shí)現(xiàn)了器件對(duì)H2S高靈敏度（ppb級(jí)別）的感知和記憶能力。
圖1.基于全固態(tài)有機(jī)電化學(xué)晶體管的柔性仿生嗅覺(jué)突觸示意圖
這一工作成功制備了基于全固態(tài)有機(jī)電化學(xué)晶體管的柔性仿生嗅覺(jué)突觸器件，證明了由H2S介導(dǎo)的突觸可塑性行為，包括抑制性突觸后電流（IPSC），成對(duì)脈沖抑制（PPD），短期記憶（STM），長(zhǎng)期記憶（STM），短期記憶到長(zhǎng)期記憶的過(guò)渡（STM to LTM）。這種集成了感知和記憶能力的仿生突觸電子能對(duì)有害氣體的累積性損害做出預(yù)警，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬神經(jīng)生物系統(tǒng)的傳感和記憶功能的電子鼻提供了新的思路和策略。
圖2.基于全固態(tài)有機(jī)電化學(xué)晶體管的柔性仿生嗅覺(jué)突觸的工作機(jī)制
相關(guān)研究成果近日以“具有氣體遞質(zhì)介導(dǎo)突觸可塑性的柔性仿生嗅覺(jué)突觸”（A Flexible and Biomimetic Olfactory Synapse with Gasotransmitter-Mediated Plasticity）為題發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
該研究的第一完成單位為清華大學(xué)材料學(xué)院。清華大學(xué)材料學(xué)院尹斕副教授為本文的通訊作者，清華大學(xué)材料學(xué)院博士生鄧雨平、北京大學(xué)工學(xué)院碩士生趙明幽為本文的共同第一作者。符汪洋副教授、電子系張沕琳副教授等為論文作出了重要貢獻(xiàn)。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、清華-北京協(xié)和醫(yī)院創(chuàng)新科研項(xiàng)目等的支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202214139
供稿：材料學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：劉雨田
編輯：李華山
審核：郭玲
