Un estudio liderado por el IBEC ha conseguido elaborar un mapa del potencial eléctrico local a lo largo de la estructura de transistores orgánicos utilizados en bioelectrónica que permite hacer una evaluación detallada de los cuellos de botella en el transporte de carga. El objetivo de este estudio es profundizar en la comprensión de las propiedades del transporte de carga en materiales utilizados en la electrónica orgánica en contacto en medios líquidos y mejorar su aplicación en biosensores o grabaciones bioeléctricas.
Los transistores orgánicos de efecto de campo actuados a través de electrólitos, conocidos como EGOFETs, han ganado relevancia en los últimos años como elementos fundamentales en la bioelectrónica. Se trata de dispositivos electrónicos capaces de transformar inputs biológicos y bioquímicos en señales eléctricas amplificadas y de funcionar de manera estable en entornos acuosos. Además, están formados por materiales semiconductores orgánicos, convirtiéndolos en una tecnología más biocompatible, flexible y económica que los transistores de silicio convencionales.
Sin embargo, los materiales semiconductores orgánicos están formados por diferentes cristales, con una estructura que presenta imperfecciones que afectan al funcionamiento del transistor. Poder contar con técnicas de análisis en la nanoescala que permitan estudiar en detalle el impacto de estas imperfecciones en el funcionamiento del transistor es decisivo a la hora de fabricar dispositivos más eficientes y fiables.
La gran novedad de este trabajo es conseguir realizar los mapas de potencial mientras el material se encuentra en contacto con un medio acuoso sin que se produzcan cortocircuitos.
Shubham Tanwar
Ahora, un estudio liderado por el grupo de Caracterización Bioeléctrica en la nanoescala del IBEC ha desarrollado con éxito una metodología capaz de realizar un mapa del potencial eléctrico local a lo largo de la estructura de los transistores EGOFET mientras se encuentran en funcionamiento. Esta iniciativa permite una evaluación detallada de los puntos de congestión, conocidos como cuellos de botella, en el transporte de carga. Los resultados obtenidos tienen la capacidad de profundizar en la comprensión de cómo la estructura del material afecta a sus propiedades y funcionalidad, con la finalidad de mejorar el dispositivo y, en última instancia, optimizar sus aplicaciones, como es el caso de los biosensores o grabaciones bioeléctricas.
«La gran novedad de este trabajo es conseguir realizar los mapas de potencial mientras el material se encuentra en contacto con un medio acuoso sin que se produzcan cortocircuitos» comenta Shubham Tanwar estudiante recientemente doctorado en el IBEC y primer autor del trabajo.
«A partir de las medidas realizadas, hemos observado que, al aplicar un voltaje, la mayor parte de este, en lugar de mover los electrones, se desvía hacia las zonas donde dos cristales diferentes están en contacto o bien en los contactos eléctricos» señala la Dra. Adrica Kyndiah del Instituto Italiano de Tecnología que ha co-liderado el trabajo. «Esta técnica nos permite obtener información adicional sin realizar cálculos complicados, simplemente manipulando los datos de manera inteligente. A partir de aquí, podemos abordar diversos problemas relacionados con los materiales», explica Gabriel Gomila, catedrático de la Universidad de Barcelona, ICREA Academia e investigador principal en el IBEC.
El nuevo enfoque, que ya está disponible para los profesionales del campo, ha suscitado el interés de grupos internacionales, con los que el equipo del Dr. Gomila está estableciendo colaboraciones para analizar sus propios dispositivos. Además, se está explorando la posibilidad de integrar la inteligencia artificial para automatizar aún más el procedimiento.
El estudio ha contado con la colaboración del Instituto Italiano de Tecnología y el grupo de investigación liderado por la Dra. Marta Mas Torrent del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC).
Artículo referenciado:
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
