Biocompatible Casein Electrolyte-Based Electric-Double-Layer for Artificial Synaptic Transistors

生物相容性材料 电解质 材料科学 图层(电子) 晶体管 纳米技术 电压 生物医学工程 化学 电极 电气工程 医学 工程类 物理化学
作者
Hwi-Su Kim,Hamin Park,Won-Ju Cho
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (15): 2596-2596 被引量:23
标识
DOI:10.3390/nano12152596
摘要

In this study, we proposed a synaptic transistor using an emerging biocompatible organic material, namely, the casein electrolyte as an electric-double-layer (EDL) in the transistor. The frequency-dependent capacitance of the indium-tin-oxide (ITO)/casein electrolyte-based EDL/ITO capacitor was assessed. As a result, the casein electrolyte was identified to exhibit a large capacitance of ~1.74 μF/cm2 at 10 Hz and operate as an EDL owing to the internal proton charge. Subsequently, the implementation of synaptic functions was verified by fabricating the synaptic transistors using biocompatible casein electrolyte-based EDL. The excitatory post-synaptic current, paired-pulse facilitation, and signal-filtering functions of the transistors demonstrated significant synaptic behavior. Additionally, the spike-timing-dependent plasticity was emulated by applying the pre- and post-synaptic spikes to the gate and drain, respectively. Furthermore, the potentiation and depression characteristics modulating the synaptic weight operated stably in repeated cycle tests. Finally, the learning simulation was conducted using the Modified National Institute of Standards and Technology datasets to verify the neuromorphic computing capability; the results indicate a high recognition rate of 90%. Therefore, our results indicate that the casein electrolyte is a promising new EDL material that implements artificial synapses for building environmental and biologically friendly neuromorphic systems.
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