日前，香港大学张世明、剑桥大学George G. Malliaras等研究人员首创“双网络水凝胶半导体”，在毫米级厚度内同步调控孔隙与导电相聚合物连续性，实现离子-电子体相高效耦合，把水凝胶从被动导电材料升级为三维可拉伸、高开关比晶体管，并演示类脑计算与生物接口，打通软湿生物系统与固态电子的三维无缝集成。相关内容以“Increasing the dimensionality of transistors with hydrogels”为题发表在《Science》。并入选当期封面。

据介绍，本文研发了一种融合有机电子学、软物质与电化学的三维半导体材料。这类以水凝胶形式存在的半导体不仅具备组织般的柔韧性与生物相容性，更实现了毫米级的调控厚度。这一突破得益于模板化双网络水凝胶体系——次级多孔水凝胶引导初级氧化还原活性导电水凝胶进行三维自组装。实验证明，该材料可构建模拟真实神经元连接的三维空间互穿晶体管。此项研究成功弥合了二维电子器件与三维生命系统之间的鸿沟，为生物混合传感与神经形态计算等先进生物电子系统的发展开辟了新路径。

本研究的三维水凝胶半导体与晶体管实现了毫米尺度的三维调制，其性能可与薄膜器件相媲美。这些突破得益于标准化的水相合成工艺，该工艺能精确调控三维空间中的相组成、孔隙率和电荷传输特性。本文的宏观制备方法可批量生产具有复杂三维结构的水凝胶半导体与晶体管，突破了二维平面电子器件的尺寸限制，这在神经形态计算电路中得到验证。凭借其固有的类组织特性（生物相容性、可拉伸性与渗透性），这些三维水凝胶半导体与晶体管成功弥合了电子系统与生命系统间的多维鸿沟，实现了稳定持久的三维界面集成。作为例证，本文进一步展示了这些三维半导体与晶体管可实现双向生物-晶体管相互作用，包括细胞培养、类器官形成及可编程细胞行为。