Un estudi liderat per l’IBEC ha aconseguit elaborar un mapa del potencial elèctric local al llarg de l’estructura de transistors orgànics usats en bioelectrònica que permet fer una avaluació detallada dels colls d’ampolla en el transport de càrrega. L’objectiu d’aquest estudi és aprofundir en la comprensió de les propietats del transport de càrrega en materials utilitzats en l’electrònica orgànica en contacte en medis líquids i millorar la seva aplicació en biosensors o enregistraments bioelèctrics.
Els transistors orgànics d’efecte de camp actuats a través d’electròlits, coneguts com a EGOFETs, han guanyat rellevància els últims anys com a elements fonamentals en la bioelectrònica. Es tracta de dispositius electrònics capaços de transformar inputs biològics i bioquímics en senyals elèctrics amplificats i de funcionar de manera estable en entorns aquosos. A més, estan formats per materials semiconductors orgànics, convertint-los en una tecnologia més biocompatible, flexible i econòmica que els transistors de silici convencionals.
Tanmateix, els materials semiconductors orgànics estan formats per diferents cristalls, amb una estructura que presenta imperfeccions que afecten el funcionament del transistor. Poder comptar amb tècniques d’anàlisi a la nanoescala que permetin estudiar en detall l’impacte d’aquestes imperfeccions en el funcionament del transistor és decisiu a l’hora de fabricar dispositius més eficients i fiables.
La gran novetat d’aquest treball és aconseguir realitzar els mapes de potencial mentre el material es troba en contacte amb un medi aquos sense que es produeixin curtcircuits.
Shubham Tanwar
Ara, un estudi liderat pel grup de Caracterització Bioelèctrica a la nanoescala de l’IBEC ha desenvolupat amb èxit una metodologia capaç de realitzar un mapa del potencial elèctric local al llarg de l’estructura dels transistors EGOFET mentre es troben en funcionament. Aquesta iniciativa permet una avaluació detallada dels punts de congestió, coneguts com a colls d’ampolla, en el transport de càrrega. Els resultats obtinguts tenen la capacitat d’aprofundir en la comprensió de com l’estructura del material afecta les seves propietats i funcionalitat, amb la finalitat de millorar el dispositiu i, en última instància, optimitzar les seves aplicacions, com és el cas dels biosensors o enregistraments bioelèctrics.
“La gran novetat d’aquest treball és aconseguir realitzar els mapes de potencial mentre el material es troba en contacte amb un medi aquos sense que es produeixin curtcircuits” comenta Shubham Tanwar estudiant recentment doctorat a l’IBEC i primer autor del treball.
“A partir de les mesures realitzades, hem observat que, en aplicar un voltatge, la major part d’aquest, en lloc de moure els electrons, es desvia cap a les zones on dos cristalls diferents estan en contacte o bé en els contactes elèctrics” assanyala la Dra. Adrica Kyndiah del Italian Institute of Technology que ha co-liderat el treball. “Aquesta tècnica ens permet obtenir informació addicional sense realitzar càlculs complicats, simplement manipulant les dades de manera intel·ligent. A partir d’aquí, podem abordar diversos problemes relacionats amb els materials”, explica Gabriel Gomila, catedràtic de la Universitat de Barcelona, ICREA Acadèmia i investigador principal a l’IBEC.
El nou enfocament, que ja està disponible per als professionals del camp, ha suscitat l’interès de grups internacionals, amb els quals l’equip del Dr. Gomila està establint col·laboracions per analitzar els seus propis dispositius. A més, s’està explorant la possibilitat d’integrar la intel·ligència artificial per automatitzar encara més el procediment.
L’estudi ha comptat amb la col·laboració de l’Institut Italià de Tecnologia i el grup de recerca liderat per la Dra. Marta Mas Torrent a l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC).
Shubham Tanwar, Rubén Millán-Solsona, Sara Ruiz-Molina, Marta Mas-Torrent, Adrica Kyndiah, and Gabriel Gomila. Nanoscale operando characterization of electrolyte-gated organic field-effect transistors reveals charge transport bottlenecks. Advanced Materials (2023). DOI: 10.1002/adma.202309767
