Una solución salina hacia una mejor bioelectrónica
Un dopante estable en el agua mejora y estabiliza el rendimiento de los transistores electroquímicos orgánicos que transportan electrones.
El dopaje se utiliza comúnmente para mejorar el rendimiento de los dispositivos semiconductores, pero no ha tenido éxito anteriormente en el transporte de electrones o de materiales electrónicos orgánicos de tipo n. Ahora, un enfoque desarrollado por KAUST utiliza un dopante, un aditivo que aumenta el rendimiento electrónico y la estabilidad en el agua de un polímero semiconductor de tipo n, para producir los primeros transistores electroquímicos orgánicos estables en el agua de tipo n, conocidos como OECT.
Un equipo de KAUST ha elegido una técnica simple utilizando la sal de amonio tetra-n-butilamonio fluoruro como n-dopante y el polímero conjugado P-90 como conductor mixto.
© 2020 KAUST; Heno Hwang
Los transistores electroquímicos orgánicos comprenden conductores mezclados con plástico - capas semiconductoras activas que conducen cargas iónicas y electrónicas al mismo tiempo. Estos conductores mixtos permiten a los OECT convertir las señales iónicas de los electrolitos y los fluidos biológicos en señales electrónicas. Sin embargo, el rendimiento de los semiconductores orgánicos de tipo n va a la zaga del de sus homólogos que transportan agujeros en entornos dictados por los sistemas biológicos, lo que constituye un gran obstáculo para el desarrollo de circuitos lógicos y conjuntos de transistores.
Los métodos actuales para mejorar las propiedades electrónicas de las OECT implican la síntesis de nuevos conductores mezclados con plástico. Un equipo de KAUST ha elegido una técnica sencilla utilizando la sal de amonio tetra-n-butil-amonio fluoruro como n-dopante y el polímero conjugado P-90, que contiene unidades de naftalina y tiofeno, como conductor mixto. El equipo disolvió el dopante y el semiconductor en dos soluciones separadas y luego los combinó. "Esta técnica puede ser utilizada en cualquier laboratorio sin ser un químico o especialista", dice la ex postdoctora de KAUST Alexandra Paterson, quien dirigió el estudio bajo la tutela de Sahika Inal.
Los investigadores descubrieron que el dopaje n eficaz depende de la separación del catión amonio de su anión fluoruro. La sal transfiere el anión flúor al polímero para generar un radical P-90 fluorado y un radical aniónico P-90. Los electrones deslocalizados y no apareados resultantes mejoran el dopaje electroquímico en las OECT.
La sal también actuó como un aditivo de morfología al reducir y suavizar la textura de la superficie, causando que se formen agregados en la película polimérica, lo que facilita el transporte de la carga en la película.
"El doble papel de la sal impacta tanto en los aspectos electrónicos como en los iónicos de la conducción mixta", explica Paterson.
Los investigadores probaron la estabilidad operativa de los OECT en el aire y el agua, así como su vida útil cuando se almacenan en medios biológicos. "Los OECT y los mecanismos de n-dopaje son extremadamente estables", dice Paterson. Este es un gran logro porque mientras que los polímeros en estudio están diseñados para ser estables, los dopantes de tipo n suelen ser inestables en condiciones operativas electroquímicas, especialmente en el aire y en soluciones acuosas.
El equipo está trabajando ahora en la explotación de la larga vida útil y la estabilidad operacional de estos OECT n-dopados para aplicaciones bioelectrónicas, tales como sensores de glucosa y células de combustible enzimáticas. También están evaluando posibles usos para supervisar la actividad de los canales de iones en las células, así como la construcción de sensores catiónicos de microescala de nueva generación.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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