清华大学材料学院尹斓课题组合作在柔性仿生嗅觉突触研究领域取得进展

绝大多数气体传感器在检测有害气体时表现出出色的灵敏度和稳定的循环性能，但是其检测信号会随着气体刺激的减弱或者消失而消失。与人体的嗅觉系统相比，这些气体传感器无法预警人体暴露在低浓度有害气体中随着暴露持续时间和频率的增加而累积的危害。硫化氢（H2S）作为一种内源性气体递质，参与了人体中多个生理学、病理学过程。然而，吸入异常浓度的H2S可对人体健康构成重大威胁。尽管人的鼻子可以嗅到H2S刺鼻的臭鸡蛋气味，但由于H2S对人体的损害具有累积效应，长时间吸入H2S会引发嗅觉疲劳，从而失去对刺激性气味的辨别能力。因此，开发具有H2S传感和记忆功能并行的仿生嗅觉突触将为持续的健康监测和智能诊疗提供重要帮助。

针对这一关键问题，清华大学材料学院尹斓副教授、符汪洋副教授与清华大学电子系张沕琳副教授等课题组紧密合作，通过引入“呼吸图法”制备的多孔固态电解质，设计并制备了基于全固态有机电化学晶体管的仿生嗅觉突触。实验证明，H2S与多孔固态电解质的相互作用增大了有机电化学晶体管的栅极调制作用，实现了器件对H2S高灵敏度（ppb级别）的感知和记忆能力。

图1.基于全固态有机电化学晶体管的柔性仿生嗅觉突触示意图

这一工作成功制备了基于全固态有机电化学晶体管的柔性仿生嗅觉突触器件，证明了由H2S介导的突触可塑性行为，包括抑制性突触后电流（IPSC），成对脉冲抑制（PPD），短期记忆（STM），长期记忆（STM），短期记忆到长期记忆的过渡（STM to LTM）。这种集成了感知和记忆能力的仿生突触电子能对有害气体的累积性损害做出预警，为未来实现模拟神经生物系统的传感和记忆功能的电子鼻提供了新的思路和策略。

图2.基于全固态有机电化学晶体管的柔性仿生嗅觉突触的工作机制

相关研究成果近日以“具有气体递质介导突触可塑性的柔性仿生嗅觉突触”（A Flexible and Biomimetic Olfactory Synapse with Gasotransmitter-Mediated Plasticity）为题发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

该研究的第一完成单位为清华大学材料学院。清华大学材料学院尹斓副教授为本文的通讯作者，清华大学材料学院博士生邓雨平、北京大学工学院硕士生赵明幽为本文的共同第一作者。符汪洋副教授、电子系张沕琳副教授等为论文作出了重要贡献。研究得到了国家自然科学基金、清华-北京协和医院创新科研项目等的支持。