Vistas superior e transversal do transistor baseado em rosca. Fios de fonte (S) e dreno (D) são amarrados a fio revestido de nanotubo de carbono, mergulhado em um gel de porta eletrolítica. Um fio de porta é conectado ao gel para disparar o fluxo de elétrons através do transistor quando a porta está acima de um limite de voltagem. Crédito:Nano Lab, Universidade Tufts
Uma equipe de engenheiros desenvolveu um transistor feito de fio de linho, permitindo-lhes criar dispositivos eletrônicos feitos inteiramente de fios finos que poderiam ser tecidos em tecido, usado na pele, ou ainda (teoricamente) implantado cirurgicamente para acompanhamento diagnóstico. Os dispositivos eletrônicos totalmente flexíveis podem permitir uma ampla gama de aplicações que se adaptam a diferentes formas e permitem o movimento livre sem comprometer a função, dizem os pesquisadores.
Em um estudo publicado em Materiais e interfaces aplicados ACS , os autores descrevem a engenharia dos primeiros transistores baseados em thread (TBTs) que podem ser transformados em simples, circuitos lógicos baseados em todos os threads e circuitos integrados. Os circuitos substituem o último componente rígido restante de muitos dispositivos flexíveis atuais, e quando combinado com sensores baseados em thread, permitem a criação de sistemas totalmente flexíveis, dispositivos multiplexados.
O campo da eletrônica flexível está se expandindo rapidamente, com a maioria dos dispositivos alcançando flexibilidade padronizando metais e semicondutores em estruturas "onduladas" dobráveis ou usando materiais intrinsecamente flexíveis, como polímeros condutores. Esses eletrônicos "suaves" estão possibilitando aplicações para dispositivos que se conformam e se esticam com o tecido biológico no qual estão inseridos, como pele, coração ou mesmo tecido cerebral.
Contudo, em comparação com a eletrônica baseada em polímeros e outros materiais flexíveis, eletrônicos baseados em thread têm flexibilidade superior, diversidade material, e a capacidade de ser fabricado sem a necessidade de salas limpas, dizem os pesquisadores. A eletrônica baseada em thread pode incluir dispositivos de diagnóstico que são extremamente finos, macio e flexível o suficiente para se integrar perfeitamente com os tecidos biológicos que estão medindo.
Figura 1:Fabricação de transistores à base de fio (TBTs) a) Fio de linho) Fixação da fonte (S) e dreno (D) fios de ouro finos c) Moldagem por gota de nanotubos de carbono na superfície do fio) Aplicação de gel infundido de eletrólito ( ionogel) gate materiale) Fixação do fio do gate (G) f) Vista transversal do TBT. Eletrólitos EMI:1-etil-3metilimidazólio TFSI:bis (trifluorometilsulfonil) imida. Crédito:Nano Lab, Universidade Tufts
Os engenheiros da Tufts desenvolveram anteriormente um conjunto de temperatura à base de rosca, glicose, cepa, e sensores ópticos, bem como fios microfluídicos que podem extrair amostras de, ou dispensar drogas para, o tecido circundante. Os transistores baseados em thread desenvolvidos neste estudo permitem a criação de circuitos lógicos que controlam o comportamento e a resposta desses componentes. Os autores criaram um circuito integrado simples de pequena escala chamado de multiplexador (MUX) e o conectaram a uma matriz de sensores baseada em thread capaz de detectar íons de sódio e amônio - biomarcadores importantes para a saúde cardiovascular, fígado e função renal.
"Em experimentos de laboratório, pudemos mostrar como nosso dispositivo pode monitorar mudanças nas concentrações de sódio e amônio em vários locais, "disse Rachel Owyeung, um estudante de graduação na Escola de Engenharia da Universidade de Tufts e primeiro autor do estudo. "Teoricamente, poderíamos ampliar o circuito integrado que fizemos com os TBTs para anexar uma grande variedade de sensores rastreando muitos biomarcadores, em muitos locais diferentes usando um dispositivo. "
Fazer um TBT (ver Figura 1) envolve revestir um fio de linho com nanotubos de carbono, que criam uma superfície semicondutora através da qual os elétrons podem viajar. Presos ao fio estão dois finos fios de ouro - uma "fonte" de elétrons e um "dreno" por onde os elétrons fluem para fora (em algumas configurações, os elétrons podem fluir na outra direção). Um terceiro fio, chamado de portão, está preso ao material que envolve o fio, de forma que pequenas mudanças na tensão através do fio da porta permitem que uma grande corrente flua através do fio entre a fonte e o dreno - o princípio básico de um transistor.
Uma inovação crítica neste estudo é o uso de um gel infundido com eletrólito como material que envolve o fio e conectado ao arame. Nesse caso, o gel é feito de nanopartículas de sílica que se automontam em uma estrutura de rede. O gel de eletrólito (ou ionogel) pode ser facilmente depositado no fio por revestimento por imersão ou esfregaço rápido. Em contraste com os óxidos ou polímeros de estado sólido usados como material de porta em transistores clássicos, o ionogel é resiliente sob alongamento ou flexão.
"O desenvolvimento dos TBTs foi um passo importante na fabricação de eletrônicos totalmente flexíveis, para que agora possamos voltar nossa atenção para a melhoria do design e desempenho desses dispositivos para possíveis aplicações, "disse Sameer Sonkusale, professor de engenharia elétrica e da computação na Tufts University School of Engineering e autor correspondente do estudo. "Existem muitas aplicações médicas nas quais a medição em tempo real de biomarcadores pode ser importante para tratar doenças e monitorar a saúde dos pacientes. A capacidade de integrar totalmente um dispositivo de monitoramento de diagnóstico macio e flexível que o paciente dificilmente percebe pode ser bastante poderosa."
