柔性生物忆阻器能够有效模拟大脑的记忆过程，是发展可穿戴仿脑智能系统的关键。然而，柔性生物忆阻器在可穿戴仿脑智能系统的实际应用中存在可靠性差、功耗高、记忆形式单一等挑战。具有多级存储特性的生物忆阻器可以实现电导的多值调制，并提供多种记忆形式，这将极大促进其在可穿戴仿脑智能系统中的应用。然而，生物材料存在电场下结构稳定性差、机械强度差、离子传导能力弱等问题。目前，基于生物材料的忆阻器难以实现低功耗，多态存储以及电可靠性。

       针对这一问题，本工作发展了一个低功耗多级生物忆阻器通过壳聚糖（CS）-还原氧化石墨烯（rGO）互穿网络的设计。提出通过分子间强相互作用形成稳定的网络结构，改善单一CS的离子电导率和机械强度。

       采用制备的CS-rGO作为阻变层，构建了Ag/CS-rGO/ITO/PET结构的柔性生物忆阻器。该器件实现了稳定的双极阻变特性，形变服役下的电可靠性，微瓦级的超低功耗以及可重复的六种不同电阻态，成果发表在InfoMat上。此外，在PDMS基底上制备了基于CS-rGO的可穿戴生物忆阻器，经证实，该器件仍具有双极阻变特性，理想的生物相容性，对细胞活性无影响，可用于皮肤附着式可穿戴设备。本工作提供了一种阻变材料的互穿网络设计策略，开发出低功耗多态生物电阻器，有望应用于可穿戴仿脑智能系统。

CS-rGO互穿网络电解质的示意图、形貌和结构表征。（A）CS-rGO电解质互穿网络结构示意图。（B）CS-rGO互穿网络电解质的TEM图像（比例尺：0.2μm）。（C） 100微米厚的CS-rGO电解质膜的照片（比例尺：1厘米）。（D）CS，CS-rGO和GO的FTIR表征。（E） CS-rGO的C 1s XPS频谱。（F） GO和CS-rGO的拉曼光谱

生物相容性CS-rGO器件的RS特性和机理。（A）生物相容性CS-rGO器件在100次重复循环下的I-V特性。（B） 设置和复位电压分布的统计图。（C） 基于 100 次循环扫描的开和关电流统计值。（D） 10 个随机选择的器件的 LRS 和 HRS 电阻摘要。（E）正偏置条件下生物相容性CS-rGO器件的RS机理。（六）CS设备的切换机制

生物相容性CS-rGO器件的多态RS行为和机械特性。（A）不同I条件下生物相容性CS-rGO器件的I-V曲线 抄送范围为 10 μA 至 1 mA。（B）不同电阻状态的保持能力。（C） 在各种条件下进行超过100次循环测试的可重复RS抄送值。（D）报告的基于生物材料的忆阻器的编程能力和保留能力的比较。（E）不同弯曲条件下HRS和LRS的电流变化。插图显示了生物相容性CS-rGO设备在拉伸和压应力下的测量照片。（F） LRS和HRS在10以下的稳定性测试重复弯曲循环

可穿戴CS-rGO设备的制造工艺和生物相容性特性。（A）PDMS衬底上可穿戴CS-rGO器件的制造工艺。（B）可穿戴CS-rGO设备的I-V特性。插图显示了PDMS基板上可穿戴CS-rGO设备的照片（比例尺：1厘米）。（C）可穿戴CS-rGO设备在1，3和5天的体外培养中的细胞活力（每个数据条n>1000个细胞）。（D）用PI（红色）和钙黄绿素-AM（绿色）染色的HEK293细胞的荧光图像分别代表死和活HEK293细胞（比例尺：100μm）

3.论文信息：

Reproducible and Low-Power Multistate Bio-Memristor from Interpenetrating Network Electrolyte Design

Bin Zhao, Xuan Zhao, Qi Li, Xiaochen Xun, Tian Ouyang, Zheng Zhang, Zhuo Kang, Qingliang Liao, Yue Zhang

InfoMat

DOI: 10.1002/inf2.12350