Вертикальный электрохимический транзистор продвигает вперед носимую электронику

Трансдисциплинарная исследовательская группа Северо-Западного университета разработала революционный транзистор, который, как ожидается, идеально подойдет для легкой, гибкой и высокопроизводительной биоэлектроники.

Электрохимический транзистор совместим с кровью и водой и может усиливать важные сигналы, что делает его особенно полезным для биомедицинского зондирования. Такой транзистор может позволить создать носимые устройства для обработки сигналов на месте, прямо на стыке биологии и устройства. Потенциальные приложения включают измерение сердцебиения и уровня натрия и калия в крови, а также движения глаз для изучения нарушений сна.

«Во всей современной электронике используются транзисторы, которые быстро включают и выключают ток», — говорит Тобин Дж. Маркс, соавтор исследования. «Здесь мы используем химию, чтобы улучшить процесс переключения. Наш электрохимический транзистор поднимает производительность на совершенно новый уровень. У вас есть все свойства обычного транзистора, но гораздо более высокая проводимость (мера усиления, которое он может обеспечить), сверхстабильное циклическое переключение свойств, малая площадь, которая позволяет интегрировать транзистор с высокой плотностью, и простота и дешевизна изготовления».

Маркс является мировым лидером в области материаловедения и органической электроники. Он является профессором каталитической химии имени Владимира Н. Ипатьева в Колледже искусств и наук имени Вайнберга и профессором материаловедения и инженерии и химической и биологической инженерии в Школе инженеров Маккормика.

Вертикальный электрохимический транзистор основан на новом виде электронного полимера и вертикальной, а не планарной архитектуре. Он проводит как электричество, так и ионы и стабилен на воздухе. Разработка и синтез новых материалов, изготовление и определение характеристик транзистора потребовали совместной работы химиков, материаловедов и биомедицинских инженеров.

Маркс возглавлял исследовательскую группу вместе с Антонио Факкетти, профессором химии Вайнберга; Вэй Хуангом, ныне профессором Университета электронной науки и техники Китая; и Джонатаном Ривнеем, профессором биомедицинской инженерии в Школе Маккормик.

«Этот захватывающий новый тип транзисторов позволяет нам говорить на языке как биологических систем, которые часто общаются посредством ионных сигналов, так и электронных систем, которые общаются с помощью электронов», — сказал Ривней. Способность транзисторов очень эффективно работать в качестве «смешанных проводников» делает их привлекательными для биоэлектронной диагностики и терапии».

Исследование, в котором подробно описывается эффективный электрохимический транзистор, и сопутствующая статья News & Views были опубликованы на этой неделе в журнале Nature.

«Благодаря вертикальной архитектуре, наши электрохимические транзисторы можно укладывать один на другой», — сказал Факкетти. «Таким образом, мы можем создавать очень плотные электрохимические комплементарные схемы, что невозможно для обычных планарных электрохимических транзисторов».