A tecnologia de transistores orgânicos para detecção de substâncias em meio líquido vem sendo constantemente explorada. Transistores orgânicos são dispositivos eletrônicos constituídos por três contatos elétricos, sendo dois deles conectados por um filme orgânico, formando uma estrutura que se separa, por um material dielétrico, do terceiro eletrodo. No trabalho destacado em uma das capas da Advanced Materials, edição de 22 de julho de 2021, os pesquisadores desenvolveram uma plataforma de transistor orgânico para a detecção de dopamina, um neurotransmissor relacionado a doenças neurodegenerativas, como Alzheimer e Parkinson (Figura 1).^[1] Para isto, a equipe de pesquisadores utilizou um filme orgânico de ftalocianina de cobre (CuPc) com 30 nm de espessura, que foi padronizado sobre uma parte do transistor, para indicar a presença de dopamina em meio líquido (Figura 2a.1-4). A concentração da dopamina pôde ser então monitorada de acordo com as reações de transferência de carga entre dopamina e CuPc.^[2]

Figura 1: Reprodução da capa publicada pela Advanced Materials em 22 de julho de 2021.^[1] A capa mostra uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) do novo transistor eletroquímico orgânico, adquirida de elétrons secundários e retroespalhados, usando detectores combinados que apresentam, respectivamente, saturação de azul e alaranjado. Os neurônios e as sinapses foram inseridos no pós-processamento para aludir à detecção de dopamina.

Além da demonstração pioneira da detecção química da dopamina em uma unidade amplificadora integrada, isto é, por um único transistor orgânico, os pesquisadores também avaliaram o impacto de confinar o dispositivo inteiro dentro de um microtubo (Figura 2b-e).^[2] Esta etapa complementar contou com a tecnologia de “origami de nanomembranas”, que foi um dos tópicos de pesquisa do Dr. Leandro Merces, um dos autores do trabalho, durante seu doutorado no IFGW/Unicamp, sob a orientação do Prof. Dr. Carlos C. B. Bufon e coorientação do Prof. Dr. Antonio Riul Júnior. Como o funcionamento dos novos transistores é baseado tanto no acúmulo de cargas na superfície do filme orgânico quanto na penetração de íons em seu interior (processo conhecido como dopagem eletroquímica), o uso de nanomembranas para confinar o ambiente de análise se mostrou extremamente eficiente. O impacto do ambiente confinado nos processos de transporte de carga e de massa, ambos envolvidos na dopagem eletroquímica, trouxe à tona propriedades nunca antes reportadas para transistores eletroquímicos, como é o caso do excepcional ganho intrínseco observado.^[2]

Figura 2: (a) Etapas de fabricação dos transistores eletroquímicos orgânicos. (b) Imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) do dispositivo baseado em filmes finos (p-OECT). (c) Curvas de saída do p-OECT. (d) Imagem de MEV do dispositivo baseado em origami de nanomembranas (r-OECT). (e) Curvas de saída do r-OECT. Imagens adaptadas do trabalho completo.^[2]

O trabalho foi conduzido no Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), que é parte do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas-SP.^[2] Os resultados compõem a pesquisa de doutorado de Letícia M. M. Ferro, aluna orientada pelo Prof. Dr. Carlos C. B. Bufon pelo IQ/Unicamp. Os autores agradecem a todo o corpo técnico do LNNano/CNPEM, em especial ao Davi Camargo, ao Leirson Palermo e ao Dr. Élcio Pires. Esta pesquisa foi financiada pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).

Referências

[1]       L. M. M. Ferro, L. Merces, D. H. S. Camargo, C. C. Bof Bufon, Adv. Mater. 2021, 33, 2170223. https://doi.org/10.1002/adma.202170223

[2]       L. M. M. Ferro, L. Merces, D. H. S. Camargo, C. C. Bof Bufon, Adv. Mater. 2021, 33, 2101518. https://doi.org/10.1002/adma.202101518