Noticias

Mar 07, 2023

Transistores electroquímicos verticales para wearables

Un equipo de investigación transdisciplinario de la Universidad Northwestern ha desarrollado un

Un equipo de investigación transdisciplinario de la Universidad Northwestern ha desarrollado un transistor para bioelectrónica ligera, flexible y de alto rendimiento. El transistor electroquímico es compatible con la sangre y el agua y puede amplificar señales importantes, lo que lo hace especialmente útil para la detección biomédica. Tal transistor podría habilitar dispositivos portátiles para el procesamiento de señales en el sitio, justo en la interfaz biología-dispositivo. Las aplicaciones potenciales incluyen la medición de los latidos del corazón y los niveles de sodio y potasio en la sangre, así como el movimiento de los ojos para estudiar los trastornos del sueño.

"Toda la electrónica moderna usa transistores, que encienden y apagan rápidamente la corriente", dice Tobin J. Marks, coautor del estudio y profesor Vladimir N. Ipatieff de química catalítica en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg y profesor de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick. "Aquí utilizamos la química para mejorar la conmutación. Nuestro transistor electroquímico lleva el rendimiento a un nivel totalmente nuevo. Tiene todas las propiedades de un transistor convencional pero una transconductancia mucho mayor (una medida de la amplificación que puede ofrecer), ciclos ultraestables de las propiedades de conmutación, un tamaño reducido que puede permitir una integración de alta densidad y una fabricación fácil y económica".

El transistor electroquímico vertical se basa en un nuevo tipo de polímero electrónico y una arquitectura vertical, en lugar de plana. Conduce electricidad e iones y es estable en el aire. El diseño y la síntesis de nuevos materiales y la fabricación y caracterización del transistor requirieron la experiencia colaborativa de químicos, científicos de materiales e ingenieros biomédicos.

Marks dirigió el equipo de investigación junto con Antonio Facchetti, profesor de investigación de química en Weinberg; Wei Huang, ahora profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China; y Jonathan Rivnay, profesor de ingeniería biomédica en la Escuela McCormick.

"Este nuevo y emocionante tipo de transistor nos permite hablar el idioma de los sistemas biológicos, que a menudo se comunican a través de señales iónicas, y los sistemas electrónicos, que se comunican con electrones", dice Rivnay. "La capacidad de los transistores para funcionar de manera muy eficiente como conductores mixtos los hace atractivos para el diagnóstico y las terapias bioelectrónicas".

"Con su arquitectura vertical, nuestros transistores electroquímicos se pueden apilar uno encima de otro", dice Facchetti. "Por lo tanto, podemos hacer circuitos complementarios electroquímicos muy densos, lo que es imposible para los transistores electroquímicos planos convencionales".

Para hacer circuitos electrónicos más fiables y potentes, se necesitan dos tipos de transistores: transistores tipo p que llevan cargas positivas y transistores tipo n que llevan cargas negativas. Este tipo de circuitos se denominan circuitos complementarios. El desafío al que se enfrentaron los investigadores en el pasado es que los transistores de tipo n son difíciles de construir y, por lo general, son inestables.

Este es el primer trabajo que demuestra transistores electroquímicos con un rendimiento similar y muy alto para ambos tipos de transistores electroquímicos (p+n). Esto resultó en la fabricación de circuitos complementarios electroquímicos muy eficientes.

Universidad de Northwestern https://www.northwestern.edu

Acerca del estudio: El estudio, publicado en la revista Nature, se titula "Transistores electroquímicos orgánicos verticales para circuitos complementarios". Huang, Jianhua Chen y Yao Yao son coautores

Lea más de este número y encuentre su próxima historia para leer.