基于分子印迹半导体复合材料的有机晶体管及其化学传感性能研究

Specificity has become a major bottleneck restricting the application of chemical sensors based on organic field effect transistor. Traditionally, the selective detection of a particular species was simply achieved by the interaction with the interface of the transistor. In this proposal, we will design and prepare a series of molecularly imprinted/semiconducting polymer composites, and use them for the preparation of transistor. The molecularly imprinted polymers with the same shape and size of the target molecule and complementary binding sites allow for specifically recognizing the target molecules. The effect of the composition and phase morphology of the composites on the electrical properties and sensing performance will be studied to optimize the sensor performance of the transistors. The ease of changing the template molecules in the molecularly imprinting polymers facilitates the preparation of sensors with high specificity for various chemical compounds and arrays based on them. This project will provide a novel, low-cost, simple, and reliable chemical sensor with wide applications in the field of food safety, environmental monitoring, medical care, etc.

有机场效应晶体管化学传感器的选择性已成为制约其应用的主要瓶颈，本项目针对这一核心问题，突破传统识别方法单一考虑目标分子与晶体管界面相互作用的局限，设计并制备分子印迹/半导体聚合物复合材料及其晶体管器件，利用分子印迹聚合物中与目标分子形状和大小相同、结合位点互补的“三维孔穴”对目标分子进行特异性识别；研究复合材料分子组成结构、相形态结构与电学性能、传感性能的关系，将分子印迹聚合物特异性识别能力与半导体聚合物优异的载流子传输能力有机地结合起来，实现传感器性能的最优化；利用分子印迹技术易于更换模板分子的特点，制备一系列化合物的特异性识别传感器，并将其阵列化和柔性化，实现化学物质简单可靠、低成本检测，在食品安全、环境监测、医疗保健等领域具有广泛的应用前景。

项目围绕着有机晶体管传感器，从材料合成、聚集态结构调控、器件结构设计等方面开展了系统的研究工作，主要取得以下研究进展和成果。1）设计合成了一系列以异靛蓝及其衍生物为主要结构单元的新型半导体聚合物，通过“共轭分子骨架工程”和无规共聚策略，对共轭聚合物的分子轨道能级、主链的共平面性以及分子间作用力进行调节，获得了高迁移率的p-型、n-型或双极型有机半导体材料，为制备高性能的有机晶体管传感器提供了材料基础。2）系统研究了共轭/绝缘聚合物复合薄膜的相分离行为，阐述了相形态结构的演变规律，掌握了一些调控共轭聚合物相形态结构的方法，实现了超薄膜、多孔膜、纳米纤维等纳米结构的可控制备，为调控有机晶体管传感器性能提供了丰富的微观、介观结构。3）将分子印迹技术以及上述新材料和新结构应用于场效应晶体管，获得一系列高灵敏度、高选择性的有机场效应晶体管传感器，探讨了其检测及性能提升的机理。总之，通过该项目的研究，开发出来一系列性能优异的有机晶体管传感器，在食品安全、环境监测、医疗保健等领域具有广泛的应用前景。同时发展了高迁移率的有机半导体材料和薄膜结构调控技术，可用于制备高性能的有机电子器件。项目执行期间共发表SCI论文34篇，申请中国发明专利8项，授权3项，总体项目全面地完成了预期目标，并为后期更加深入的基础研究和成果转化工作打下良好的基础。