Enhancement-mode ion-based transistor as a comprehensive interface and real-time processing unit for in vivo electrophysiology

生物电子学 晶体管 材料科学 跨导 电生理学 纳米技术 光电子学 生物传感器 电气工程 电压 神经科学 工程类 生物
作者
Claudia Cea,George D. Spyropoulos,Patricia Jastrzebska‐Perfect,José Javier Ferrero,Jennifer N. Gelinas,Dion Khodagholy
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:19 (6): 679-686 被引量:221
标识
DOI:10.1038/s41563-020-0638-3
摘要

Bioelectronic devices must be fast and sensitive to interact with the rapid, low-amplitude signals generated by neural tissue. They should also be biocompatible and soft, and should exhibit long-term stability in physiologic environments. Here, we develop an enhancement-mode, internal ion-gated organic electrochemical transistor (e-IGT) based on a reversible redox reaction and hydrated ion reservoirs within the conducting polymer channel, which enable long-term stable operation and shortened ion transit time. E-IGT transient responses depend on hole rather than ion mobility, and combine with high transconductance to result in a gain-bandwidth product that is several orders of magnitude above that of other ion-based transistors. We used these transistors to acquire a wide range of electrophysiological signals, including in vivo recording of neural action potentials, and to create soft, biocompatible, long-term implantable neural processing units for the real-time detection of epileptic discharges. E-IGTs offer a safe, reliable and high-performance building block for chronically implanted bioelectronics, with a spatiotemporal resolution at the scale of individual neurons.
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