Desenvolvimento e caracterização de transistores eletroquímicos orgânicos

Abstract

Resumo: A convergˆencia das tecnologias de Eletr ˆonica Orgˆanica e Biossensores representa um mercado em expans˜ao com significativo potencial como uma forc¸a transformadora em futuras tecnologias. A fus ˜ao desses campos promete atender 'a crescente demanda por testes diagn' osticos r 'apidos, descomplicados e economicamente vi 'aveis no ponto de atendimento e em situac¸ ˜oes de emergˆ encia. Dentre as diversas tecnologias prontas para contribuir para o monitoramento da sa'ude, os Transistores Orgˆanicos Eletroqu'imicos (OECTs) emergem como particularmente promissores. Os OECTs possuem a capacidade de interagir com ambientes biol 'ogicos diversos e intrincados, traduzindo informac¸ ˜oes biol 'ogicas em intensidades mensur'aveis. Este projeto de pesquisa prop˜oe uma metodologia experimental fundamentada na microfabricac¸ ˜ao para avanc¸ar no desenvolvimento dos OECTs e explorar seu comportamento e propriedades de material para poss'iveis aplicac¸ ˜oes de detecc¸ ˜ao. Os dispositivos fabricados foram projetados para operar em dois modos distintos: acumulac¸ ˜ao e deplec¸ ˜ao. Camadas ativas, especificamente PEDOT:PSS e P3HHT, foram empregadas para elucidar sua influˆencia no desempenho do dispositivo. A an' alise dos resultados em estado estacion' ario revelou percepc¸ ˜oes not'aveis. Os OECTs de PEDOT:PSS exibiram sensibilidade direta 'a composic¸ ˜ao do eletr ' olito e 'a espessura do canal. Por outro lado, a natureza de baixo inchac¸o do P3HHT, um pol'imero selecionado para os transistores de modo de acumulac¸ ˜ao, os tornou suscet'iveis a ˆanions maiores do eletr ' olito, mas n˜ao apresentaram resposta discern'ivel a variac¸ ˜oes na concentrac¸ ˜ao de 'ions. Uma distinc¸ ˜ao crucial entre os OECTs de PEDOT:PSS e P3HHT foi destacada por meio de testes de estabilidade de imers˜ao e estresse el ' etrico. As propriedades intr'insecas de baixo inchac¸o do P3HHT emergiram como um fator crucial na estabilidade e reversibilidade estabelecidas para dispositivos de modo de acumulac¸ ˜ao. Mesmo ap'os um longo per'iodo de imers˜ao de 40 dias e 50 ciclos eletroqu'imicos, o P3HHT demonstrou uma not'avel resili ˆ encia. Em resumo, o objetivo principal deste projeto foi delinear uma metodologia experimental para microfabricar OECTs e explorar seu potencial em aplicac¸ ˜oes de detecc¸ ˜ao biol ' ogica. O sucesso desta empreitada 'e destacado pelas conclus˜oes conclusivas de testes de estabilidade e ajuste, afirmando a viabilidade dos OECTs como uma plataforma vers' atil para detecc¸ ˜ao biol 'ogica em aplicac¸ ˜oes de sa'ude e diagn' ostico.

Abstract: The convergence of Organic Electronics and Biosensor technologies represents a burgeoning market with significant potential as a transformative force in future technologies. The amalgamation of these fields holds promise in addressing the escalating demand for rapid, uncomplicated, and cost-effective Point-of-Care diagnostic and emergency testing. Among the various technologies poised to contribute to healthcare monitoring, Organic Electrochemical Transistors (OECTs) emerge as particularly promising. OECTs possess the capability to interface with diverse and intricate biological environments, translating biological information into measurable intensities. This research project proposes an experimental methodology grounded in microfabrication to advance the development of OECTs and explore their behavior and material properties for potential sensing applications. The fabricated devices were designed to operate in two distinct modes: accumulation and depletion. Active layers, specifically PEDOT:PSS and P3HHT, were employed to elucidate their influence on device performance.The analysis of steady-state results revealed notable insights. PEDOT:PSS OECTs exhibited direct sensitivity to the composition of the electrolyte and channel thickness. Conversely, the low-swelling nature of P3HHT, a polymer selected for the accumulation mode transistors, rendered them susceptible to larger anions from the electrolyte but exhibited no discernible response to variations in ion concentration.A critical distinction between PEDOT:PSS and P3HHT OECTs was underscored through immersion and electrical stress stability tests. The intrinsic low-swelling properties of P3HHT emerged as a pivotal factor in establishing stability and reversibility for accumulation mode devices. Even after a prolonged 40-day immersion period and 50 electrochemical cycles, P3HHT demonstrated remarkable resilience.In summation, the primary objective of this project was to delineate an experimental methodology for microfabricating OECTs and to explore their potential in biosensing applications. The success of this endeavor is underscored by the conclusive findings from stability assays and tuning tests, affirming the viability of OECTs as a versatile platform for biosensing in healthcare and diagnostic applications.