突破性有機電晶體人工神經 開啟腦機介面新紀元

近年來，工程界致力於開發能夠模擬生物系統功能的硬體元件，從突觸、人體皮膚到神經系統皆為研究範疇。其中，人工神經系統的研發備受矚目，其目標在於精準複製人類與其他動物體內神經的運作機制。這類技術在神經修復、腦機介面、高精度感測器等領域具有廣泛應用潛力。

然而，要打造出能在生物相容頻率下運作，並真實模擬神經功能的人工神經系統，始終是一大挑戰。西安交通大學與慕尼黑工業大學的研究團隊近期發表一項突破性成果，他們開發出一款高頻人工神經，採用獨特設計最佳化離子與電子傳輸，同時具備快速訊號反應與電荷儲存能力。這項研究成果已發表於《自然電子學》期刊。

研究團隊成員王世傑、王義昌等人指出：「N型有機電化學電晶體具有模擬生物細胞的正電位觸發增強行為，是建構人工神經的理想元件。然而，傳統裝置受限於離子與電子傳輸及儲存效能不足，導致揮發性與非揮發性表現欠佳，特別是反應速度緩慢。我們開發的高頻人工神經採用均質整合的有機電化學電晶體，成功克服這些限制。」

這款人工神經系統採用垂直堆疊的N型有機電化學電晶體，可模擬人類神經系統中的受體、突觸與胞體功能，最終形成類神經迴路。研究團隊表示：「我們製作的垂直N型有機電晶體具有梯度混合雙連續結構，可同時增強離子與電子傳輸及離子儲存能力。該電晶體展現出27微秒的揮發性反應、100kHz的非揮發性記憶頻率，以及長時間的狀態保持能力。」

相較於過去人工神經系統往往只能在特定領域（如離子與電子傳輸、長期記憶儲存等）表現優異，這款新型系統在多方面都達到理想平衡，突破以往技術瓶頸。研究團隊進一步說明：「我們整合了垂直N型與P型有機電化學電晶體的人工神經，在高頻領域實現了感知、處理與記憶功能。實驗也證實，這款人工神經可整合至神經功能受損的動物模型中，並能模擬基本的條件反射行為。」

為評估人工神經的實際應用潛力，研究團隊將其植入神經功能受損的小鼠體內。初步結果令人振奮，系統不僅與小鼠生物組織相容，更能有效模擬神經支援的條件反射。展望未來，這項突破性技術將持續最佳化，並透過更多實驗驗證其安全性與效能。最終可望應用於神經迴路修復、腦機介面開發等領域，例如大腦控制的義肢、協助癱瘓患者溝通的裝置，以及精確監測或調控腦部活動的系統。