據麥姆斯咨詢報道，近期，發表在Nano Research期刊上的一篇題為“A sensing-storage monolithically integrated system based on P3HT OTFT for wearable physiological sensing”的論文，介紹了一種采用低成本溶液旋涂工藝制備的傳感-存儲單片集成系統。該集成系統將有機薄膜晶體管（OTFT）壓力傳感器與柔性浮柵有機薄膜晶體管（FG-OTFT）存儲器有機融合，實現傳感與存儲功能一體化，在響應速度及電荷保持能力方面具備突出優勢，為研發兼具生理信號傳感、數據存儲及無線傳輸功能的柔性電子皮膚提供了全新的技術平臺。
面向可穿戴生理傳感的傳感-存儲單片集成系統
可穿戴健康監測系統實現傳感與存儲功能的無縫集成，對生理信號的實時采集與處理具有重要意義。然而，傳統的解決方案將剛性硅基存儲器與柔性傳感器進行混合集成，面臨機械失配、界面復雜等問題，制約其在連續生理監測場景下的實際應用。近期，中國與日本的聯合研究團隊開發了一種全柔性傳感-存儲單片集成系統，其采用低成本的溶液旋涂工藝制備，將柔性OTFT壓力傳感器與FG-OTFT存儲器集成于一體。
圖1（a）基于聚（3?己基噻吩?2,5?二基）（P3HT）的浮柵有機薄膜晶體管（FG-OTFT）存儲器的制備工藝流程；（b）FG-OTFT存儲器器件的結構示意圖；（c）~（d）FG-OTFT存儲器浮柵層中金納米顆粒的透射電子顯微鏡（TEM）圖；（e）透射電子顯微鏡測得的金（Au）元素的能量色散X射線光譜（EDS）元素面分布圖；（f）由透射電子顯微鏡圖像得到的金納米顆粒的粒徑分布。
這項研究工作由太原理工大學與東京大學的科研人員聯合開展，他們提出了一種傳感-存儲單片集成系統。該壓力傳感器具備0~40 kPa的寬工作量程、34 ms的快速響應時間，在經過5000次彎曲循環后，且在?20°C ~60°C溫度區間內，器件性能均可保持穩定。將器件貼附于指關節、手腕及人體喉部時，其輸出的電流變化信號可精準捕捉關節彎曲角度與間歇性咳嗽動作。
該集成系統將柔性FG-OTFT存儲器與壓力傳感器集成，可直接將模擬信號編碼為數字ASCII碼。存儲數據經無線傳輸后在移動端界面可視化呈現，為智能柔性電子系統提供了可持續的發展路徑。該設計不僅實現了壓力信息到數字編碼的可靠轉換，還顯著提升了系統數據的可觀測性和可操作性。
該集成浮柵存儲器在±80 V的編程/擦除偏置電壓下，可實現18 V的大存儲窗口，電荷保持時間超過10?s，并在經歷3000次彎曲循環后性能依舊穩定，科研團隊利用1×9的存儲器陣列，存儲了7位ASCII編碼字符及兩個校驗位，并通過低功耗藍牙（BLE）技術將存儲的信息無線傳輸至移動應用端。
圖2（a）基于P3HT的FG-OTFT存儲器件的光學圖像；（b）FG-OTFT存儲器的輸出特性；（c）FG-OTFT 存儲器的轉移特性；（d）編程/擦除操作后的轉移特性；（e）FG-OTFT存儲器的電荷保持特性；（f）重復編程/擦除循環下的耐久性表現；（g）集成于手指上的柔性壓力傳感器實物照片；（h）貼附于人體手指關節的壓力傳感器在0°、30°、60°和90°彎曲時的電流變化；（i）在反復按壓手指時，壓力傳感器的電流響應變化。
圖3（a）3000次彎曲循環后，FG-OTFT存儲器存儲窗口與電流開關比的變化；（b） 環境溫度對FG-OTFT存儲器存儲窗口和電流開關比的影響；（c）50個FG-OTFT器件存儲窗口的統計分布；（d）50個FG-OTFT器件電流開關比的統計分布；（e）5000次彎曲循環后，壓力傳感器的靈敏度變化；（f）壓力傳感器靈敏度隨溫度的變化關系。
對比分析表明，相較于已報道的面向生理監測的OTFT基壓力傳感器與有機存儲器，該集成系統具備更短的響應時間與更優異的電荷保持性能。上述特性使該P3HT基傳感-存儲集成系統有望應用于下一代電子皮膚技術與可穿戴醫療電子器件。
圖4（a）傳感-存儲單片集成系統工作原理示意圖；（b）傳感-存儲單片集成系統的詳細實物圖及其在手機界面上的顯示。
圖5（a）單片傳感-存儲集成系統工作流程示意圖；（b）~（e）向存儲陣列寫入字符 “T”、“Y”、“U”、“T”對應的標準ASCII碼時，移動應用端的界面顯示。
研究人員強調，這種傳感-存儲的深度集成方案攻克了傳統可穿戴設備數據采集與處理相互割裂的關鍵技術瓶頸。為實現兼具生理信號傳感、數據存儲與無線傳輸功能的低成本全柔性電子皮膚搭建了全新技術平臺。后續研究將重點優化器件制備工藝，在提升器件性能的同時，把當前±80?V的工作電壓降至適配可穿戴應用的更安全實用水平，同時進一步提升電荷保持時長，滿足長期可穿戴監測的使用要求。
論文信息：
10.26599/NR.2026.94908532
