Liquid-gated transistors for biosensing applications

Abstract

En aquesta tesi, hem estudiat diferents aspectes relacionats amb transistors orgànics, en particular transistors orgànics electroquímics d’efecte de camp (EGOFETs) i transistors orgànics electroquímics (OECTs). Els dispositius EGOFET es van fabricar dipositant a partir de dissolucions de semiconductors orgànics (OSC) basats en molècules conjugades barrejats amb polímers aïllants, mitjançant la tècnica de Bar-assisted meniscus shearing (BAMS). BAMS és una tècnica ràpida, de baix cost i escalable que permet la formació de pel·lícules cristal·lines i uniformes. Els EGOFET van ser estudiats pel desenvolupament d’un biosensor per a la detecció de la proteïna α-sinucleina, que és un biomarcador per a malalties neurodegeneratives, incloses les malalties de Parkinson. A més, es van utilitzar dispositius OECT també per a la detecció de α-sinucleina, per estudiar el possible ús d’aquests dispositius com a immunosensors, camp molt poc explorat en la literatura. Finalment, es va fabricar un EGOFET completament flexible basat en un nou semiconductor molecular. Per primera vegada, s’ha estudiat la resposta elèctrica sota tensió mecànica per a un EGOFET.

En esta tesis, hemos estudiado diferentes aspectos relacionados con los transistores orgánicos activados por líquido, en particular los transistores de efecto de campo orgánicos activados por electrolitos (EGOFET) y los transistores electroquímicos orgánicos (OECT). Los dispositivos EGOFET se fabricaron depositando a partir de soluciones pequeñas moléculas de semiconductores orgánicos (OSC) mezclados con polímeros aislantes, a través de la técnica de Bar-assisted meniscus shearing (BAMS). BAMS es una técnica rápida, de bajo costo y escalable que permite la formación de películas finas cristalinas y uniformes. Los EGOFET se estudiaron para el desarrollo de un biosensor para la detección de un biomarcador de enfermedades neurodegenerativas, incluidas las enfermedades de Parkinson, es decir, la alpha-sinucleína. Además, se emplearon dispositivos OECT para la biodetección de α-sinucleína, para estudiar el posible uso de estos dispositivos como inmunosensores, campo que aún está menos explorado en la literatura. Finalmente, se fabricó un EGOFET totalmente flexible basado en una pequeña molécula semiconductora mezclada con un polímero aislante y se evaluó su respuesta eléctrica bajo tensión mecánica, por primera vez, hasta donde sabemos, para dispositivos EGOFET.

In this thesis, we have studied different aspects related to liquid-gated organic transistors, in particular electrolyte-gated organic field-effect transistors (EGOFETs) and organic electrochemical transistors (OECTs). EGOFET devices were fabricated by depositing from solution small molecules organic semiconductors (OSC) blended with insulating polymers, through the bar-assisted meniscus-shearing technique (BAMS). BAMS is a rapid, low-cost and scalable technique that allows the formation of crystalline and uniform thin films. The EGOFETs were studied for the development of a biosensor for the detection of a biomarker for neurodegenerative diseases, including Parkinson’s diseases, namely α-synuclein. Further, OECT devices were employed for the biosensing of α-synuclein, to give an insight into the possible use of these devices as immunosensors, field which is still less explored in literature. Finally, an all-flexible EGOFET based on a small molecule OSC blended with an insulating polymer thin film, was fabricated and its electrical response under bending strain was evaluated, for the first time, as far as we know, for liquid-gated OFETs.