Bioelektronické zařízení pro studium iontových procesů

Abstract

Cílem práce se byl vývoj a charakterizace senzorické platformy založené na organickém elektrochemickém tranzistoru (OECT) pro studium iontových procesů. Hlavní pozornost byla soustředěna na přípravu vhodného elektrodového systému a na optimalizaci výroby OECT zařízení. Cílem bylo vytvořit funkční senzor schopný detekovat změny koncentrací iontů draslíku (K), ve velmi nízkých koncentracích, a to jak elektrickou, tak optickou metodou. V teoretické části jsou shrnuty principy organické elektroniky, vlastnosti polovodivých polymerů (zejména PEDOT:PSS), mechanismy iontově-elektronického transportu a využití fluorescenčních sondy PBFI. Experimentální část se zaměřuje na návrh a výrobu OECT platformy, optimalizaci elektrochemických parametrů, měření převodních a výstupních charakteristik a vyhodnocení transkonduktance. Zároveň se zaměřuje na změnu intenzity fluorescence PBFI sondy přidáním napětí sledování optických změn ve vodivosti a kombinaci obou metod. Získané výsledky potvrzují, že navržené zařízení je schopné reprodukovatelně detekovat změny iontové koncentrace z transkonduktance 3 mS. Senzorické platformy vykazující tyto hodnoty při vysokém napětí jsou schopné sloužit ke studium iontové výměny.

The aim of this work was to develop and characterize a sensing platform based on organic electrochemical transistors (OECT) for the study of ionic processes. The main focus was on the preparation of a suitable electrode system and on the optimization of the fabrication of the OECT device. The aim was to develop a functional sensor capable of detecting changes in potassium (K) ion concentration, at very low concentrations, by both electrical and optical methods. The theoretical part summarizes the principles of organic electronics, the properties of semiconducting polymers (in particular PEDOT:PSS), ion-electronic transport mechanisms and the use of PBFI fluorescent probes. The experimental part focuses on the design and fabrication of the OECT platform, optimization of electrochemical parameters, measurement of transmission and output characteristics and evaluation of transconductance. It also focuses on changing the fluorescence intensity of the PBFI probe by adding a voltage z. The results obtained confirm that the proposed device is able to reproducibly detect changes in ion concentration from a transconductance of 3 mS. Sensor platforms exhibiting these values at high voltages can be used to study ion exchange.