Vistas superior y transversal del transistor basado en hilo. Los cables de fuente (S) y drenaje (D) están atados a un hilo recubierto de nanotubos de carbono, sumergido en un gel de puerta electrolítica. Un cable de puerta está conectado al gel para activar el flujo de electrones a través del transistor cuando la puerta está por encima de un voltaje umbral. Crédito:Nano Lab, Universidad de Tufts
Un equipo de ingenieros ha desarrollado un transistor hecho de hilo de lino, permitiéndoles crear dispositivos electrónicos hechos completamente de hilos delgados que podrían tejerse en tela, usado en la piel, o incluso (teóricamente) implantado quirúrgicamente para seguimiento diagnóstico. Los dispositivos electrónicos totalmente flexibles podrían permitir una amplia gama de aplicaciones que se ajustan a diferentes formas y permiten el movimiento libre sin comprometer la función. dicen los investigadores.
En un estudio publicado en Materiales e interfaces aplicados de ACS , los autores describen la ingeniería de los primeros transistores basados en hilos (TBT) que se pueden convertir en simples, Circuitos lógicos basados en todos los subprocesos y circuitos integrados. Los circuitos reemplazan el último componente rígido restante de muchos dispositivos flexibles actuales, y cuando se combina con sensores basados en hilos, permitir la creación de completamente flexible, dispositivos multiplexados.
El campo de la electrónica flexible se está expandiendo rápidamente, con la mayoría de los dispositivos logrando flexibilidad modelando metales y semiconductores en estructuras "onduladas" que se pueden doblar o usando materiales intrínsecamente flexibles como polímeros conductores. Estos componentes electrónicos "suaves" están habilitando aplicaciones para dispositivos que se ajustan y se estiran con el tejido biológico en el que están incrustados. como la piel, corazón o incluso tejido cerebral.
Sin embargo, en comparación con la electrónica basada en polímeros y otros materiales flexibles, La electrónica basada en hilos tiene una flexibilidad superior, diversidad material, y la capacidad de fabricarse sin necesidad de salas blancas, dicen los investigadores. La electrónica basada en hilos puede incluir dispositivos de diagnóstico que son extremadamente delgados, lo suficientemente suave y flexible para integrarse perfectamente con los tejidos biológicos que están midiendo.
Figura 1:Fabricación de transistores basados en hilo (TBT) a) Hilo de lino b) Conexión de la fuente (S) y drenaje (D) alambres de oro delgados c) Fundición de nanotubos de carbono en la superficie del hilo d) Aplicación de gel con infusión de electrolitos ( ionogel) material de la puerta) Fijación del cable de la puerta (G) f) Vista en sección transversal del TBT. Electrolitos EMI:1-etil-3metilimidazolio TFSI:bis (trifluorometilsulfonil) imida. Crédito:Nano Lab, Universidad de Tufts
Los ingenieros de Tufts desarrollaron previamente un conjunto de temperatura basada en hilos, glucosa, cepa, y sensores ópticos, así como hilos de microfluidos que pueden extraer muestras de, o dispensar medicamentos a, el tejido circundante. Los transistores basados en hilos desarrollados en este estudio permiten la creación de circuitos lógicos que controlan el comportamiento y la respuesta de esos componentes. Los autores crearon un circuito integrado simple a pequeña escala llamado multiplexor (MUX) y lo conectaron a una matriz de sensores basada en hilos capaz de detectar iones de sodio y amonio, biomarcadores importantes para la salud cardiovascular. función hepática y renal.
"En experimentos de laboratorio, pudimos mostrar cómo nuestro dispositivo podía monitorear los cambios en las concentraciones de sodio y amonio en múltiples ubicaciones, "dijo Rachel Owyeung, estudiante de posgrado en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Tufts y primer autor del estudio. "Teóricamente, podríamos ampliar el circuito integrado que hicimos a partir de los TBT para conectar una gran variedad de sensores que rastrean muchos biomarcadores, en muchas ubicaciones diferentes utilizando un dispositivo ".
Hacer un TBT (ver Figura 1) implica recubrir un hilo de lino con nanotubos de carbono, que crean una superficie semiconductora a través de la cual pueden viajar los electrones. Unido al hilo hay dos alambres de oro delgados:una "fuente" de electrones y un "drenaje" por donde fluyen los electrones (en algunas configuraciones, los electrones pueden fluir en la otra dirección). Un tercer cable llamó a la puerta, está adherido al material que rodea el hilo, de manera que pequeños cambios en el voltaje a través del cable de la puerta permiten que una gran corriente fluya a través del hilo entre la fuente y el drenaje, el principio básico de un transistor.
Una innovación crítica en este estudio es el uso de un gel con infusión de electrolitos como material que rodea el hilo y se conecta al cable de la puerta. En este caso, el gel está compuesto por nanopartículas de sílice que se autoensamblan en una estructura de red. El gel de electrolito (o ionogel) se puede depositar fácilmente sobre el hilo mediante un recubrimiento por inmersión o un hisopo rápido. A diferencia de los óxidos o polímeros de estado sólido utilizados como material de puerta en los transistores clásicos, el ionogel es resistente al estiramiento o flexión.
"El desarrollo de los OTC fue un paso importante para lograr una electrónica completamente flexible, para que ahora podamos centrar nuestra atención en mejorar el diseño y el rendimiento de estos dispositivos para posibles aplicaciones, "dijo Sameer Sonkusale, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Tufts y autor correspondiente del estudio. "Hay muchas aplicaciones médicas en las que la medición en tiempo real de biomarcadores puede ser importante para tratar enfermedades y monitorear la salud de los pacientes. La capacidad de integrar completamente un dispositivo de monitoreo de diagnóstico suave y flexible que el paciente apenas nota podría ser bastante poderosa".
