Organické elektrochemické tranzistory (OECTs) v bioelektronice

Abstract

Organické elektrochemické tranzistory (OECT) představují slibný stavební prvek pro bioelektronická zařízení, jako jsou senzory a neurální rozhraní. Většina dosud vyvinutých OECT využívá jednoduchou planární geometrii, přičemž současně roste zájem o studium těchto zařízení s výrazně kratšími kanály v submikrometrovém měřítku. V této práci je popsána praktická cesta ke zmenšení délky kanálu tranzistoru pomocí tradiční fotolitografie, což umožňuje jejich široké využití. Popsána je výroba těchto tranzistorů se dvěma typy vodivých polymerů. Prvním typem je komerčně dostupný, z roztoku nanášený polymer poly(3,4-ethylendioxythiofen):poly(styren-sulfonát) PEDOT:PSS. Krátká délka kanálu je dále využita k snadné in situ elektropolymerizaci poly(3,4-ethylendioxythiofen):hexafluorofosforečnan tetrabutyl-amonný PEDOT:PF\textsubscript{6} a dalších iontů. Dále je zkoumáno použití OECT na ohebném substrátu společně s výzkumem elektrochemických senzorů založených na vodivých polymerech. Diskutovány jsou také alternativy OECT pro aplikace, kde je vyžadována vyšší rychlost odezvy. Jako odolný elektrodový materiál je představen nitrid titaničitý a jako chemicky odolný zapouzdřovací materiál nitrid hlinitý kombinovaný s Parylenem-C. V závěru jsou prezentovány práce věnované mikrofluidice s cílem směřovat výzkum a vývoj do oblasti lab-on-chip technologií, které implementují senzory do mikrofluidiky a tvoří tak důležitou diagnostickou oblast.

Organic electrochemical transistors (OECTs) are a promising building block for bioelectronic devices such as sensors and neural interfaces. While the majority of OECTs use simple planar geometry, there is an interest in exploring how these devices operate with much shorter channels on the submicron scale. In this thesis I show a practical route towards minimization of channel length of the transistor using traditional photolithography, enabling a large scale utilization. The fabrication of such transistors using two types of conducting polymers is described here. The first type is a commercial solution-processed spin-coated poly(dioxyethylenethiophene):poly(styrene sulfonate) PEDOT:PSS. The short channel length is exploited to support easy in situ electropolymerization of poly(dioxyethylenethiophene):tetrabutyl-ammonium hexafluorophosphate PEDOT:PF\textsubscript{6} and other counter-ions. I further explore OECT application on a flexible substrate, while also researching conductive polymer based electrochemical sensors. Then, OECT alternatives are discussed, for applications where higher speed is required. A durable electrode material in form of titanium nitride is introduced, together with a chemically stable encapsulation material - aluminium nitride in combination with Parylene-C. Finally, manuscripts dedicated to microfluidics are presented with the aim of directing research and development into the area of lab-on-chip technologies, which implement sensors into microfluidics and thus form an important diagnostic area.