Органические электрохимические транзисторы, напечатанные из разлагаемых материалов в качестве одноразовых биохимических датчиков.

Oct 16, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 11467 (2023) Цитировать эту статью

Доступы 1923 г.

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Переходная электроника обещает сократить электронные отходы, особенно в приложениях, требующих лишь ограниченный срок службы. Хотя были предложены различные разлагаемые электронные и физические сенсорные устройства, растет интерес к разработке разлагаемых биохимических сенсоров. В этой работе мы представляем разработку органического электрохимического транзистора (ОЕКТ) с разлагаемыми электродами, напечатанными на эко- и биорезорбируемой подложке. Влияние конструкции и материалов для контактов, канала и затвора преобразователя, а именно поли(3,4-этилендиокситиофен):полистиролсульфонат (PEDOT:PSS) и углерода, систематически оценивается при разработке переходных процессов на основе OECT. биосенсоры. Чувствительные возможности электрохимических транзисторов продемонстрированы на ионных растворах, а также на ферментативном обнаружении глюкозы. Одноразовые OECT демонстрируют эффективность, сравнимую со своими неразлагаемыми аналогами. Их интеграция с высокопроводящими, разлагаемыми и пригодными для печати цинковыми дорожками изучается для реализации межсоединений. Эти экологически чистые OECT могут найти применение в качестве одноразовых и устойчивых биохимических датчиков и представляют собой шаг к биорезорбируемым биосенсорам.

В последние годы интерес к бесшовным, недорогим и надежным биосенсорам неуклонно растет, ориентируясь на приложения для тестирования в местах оказания медицинской помощи1,2, непрерывного мониторинга с помощью носимых устройств3,4 или имплантированных биосенсоров5. В этом контексте органические электрохимические транзисторы (ОЕКТ) стали многообещающей альтернативой датчикам на основе потенциометрических, амперометрических или ионно-чувствительных полевых транзисторов (ISFET)6. Недавний интерес к OECT был мотивирован их совместимостью с механически совместимыми подложками7, высокой крутизной проводимости8, работой без эталона9 и упрощенной микрофлюидной интеграцией10. Точный мониторинг различных аналитов был продемонстрирован с использованием высоких свойств усиления сигнала OECT. Примеры включают определение pH11, электролитов, таких как натрий и калий12, метаболитов, включая глюкозу и лактат13, или нейротрансмиттеров, таких как дофамин или адреналин14,15. OECT состоят из трех терминалов (исток, сток и затвор). Контакты истока и стока обычно изготавливаются из таких металлов, как золото или серебро, а канал состоит из слоя проводящего полимера, соединяющего исток и сток. Канал чаще всего основан на поли(3,4-этилендиокситиофен):полистиролсульфонате (PEDOT:PSS)16, хотя были исследованы и другие материалы, такие как полипиррол8. Для изготовления электрода затвора использовались различные материалы, хотя наиболее распространенными вариантами изготовления затвора являются серебро/хлорид серебра или платина8. Затвор и канал контактируют с электролитом (в форме жидкости или геля), и катионы из электролита диффундируют в канал, если приложен положительный потенциал затвора, и удаляют легирование проводящего полимера путем компенсации анионов легирующей добавки PSS. Эта относительно простая архитектура совместима с планарными конструкциями и высокой плотностью интеграции в микрофлюидные системы или сложные органические электронные схемы17.

Преимущество заключается в том, что изготовление OECT, в частности проводящего канала, совместимо с методами изготовления на основе растворов и аддитивным производством, что обеспечивает экономичное производство и быстрое прототипирование на гибких подложках10. Это открывает новые возможности с точки зрения сочетания материалов, которые можно использовать при производстве OECT, в частности использования разлагаемых материалов. Под разлагаемой электроникой понимаются электронные системы и компоненты, которые могут разлагаться в интересующей среде спонтанно, в течение контролируемого периода времени и без выделения побочных продуктов, вредных для этой среды18. В связи с огромным количеством образующихся электронных отходов, а также растущим количеством подключенных устройств Интернета вещей (IoT)19 растет интерес к временным электронным системам со сроком службы от нескольких дней до нескольких месяцев. Хотя достигнуты успехи в производстве полностью разлагаемых функциональных устройств, т.е. антенн20, батарей21 и физических датчиков, а также датчиков окружающей среды22,23, исследования разлагаемых биосенсоров остаются относительно ограниченными24.