Transistor Elettronici Organici come Biosensori

Nell'ultimo decennio, i dispositivi elettronici in grado di amplificare la corrente, come i transistor, sono stati ampiamente studiati per applicazioni nel campo dei biosensori, non solo per le loro piccole dimensioni e facilità di integrazione in dispositivi elettronici portatili, ma anche l’elevata sensibilità. In una prospettiva di fabbricazione su larga scala, i transistor a base di silicio più performanti sono associati ad elevati costi di produzione, e questo limita il loro utilizzo come applicazioni usa e getta. L'utilizzo di materiali organici ha aperto nuovi e più semplici modi di fabbricazione, riducendo drasticamente i costi di produzione associati e aprendo alla possibilità di realizzare dispositivi flessibili e altamente biocompatibili. Nel corso degli anni sono stati sviluppati nuovi tipi di architetture, tra cui il transistor a effetto di campo organico a elettrolita (EGOFET). A causa del suo basso potenziale di funzionamento (<1 V) e della possibilità di funzionare in mezzi acquosi, gli EGOFET hanno dimostrato di essere candidati ideali per la prossima generazione di biosensori adatti per l'individuazione e la quantificazione di molecole biologiche. Il principio di funzionamento di questi dispositivi risiede nei due doppi strati elettrici (EDL – Electrical Double Layer) tra due interfacce, l'elettrodo di gate / elettrolita e l'elettrolita / semiconduttore organico, creando una grande capacità che riduce il potenziale necessario per operare questi transistor. Le modifiche nella struttura dell'EDL (nel caso di immunobiosensori, il legame dell'anticorpo-antigene) inducono un cambiamento nella capacità, che aumenta la sensibilità generale del dispositivo. Funzionalizzando l'elettrodo di gate con anticorpi specifici o gruppi funzionali, gli EGOFET possono rilevare quantità di antigene presenti in soluzione anche nel range sub-pM, utilizzando ridotti volume di campione. L’obiettivo principale di questa tesi consiste nel testare nuove tecniche di fabbricazione, sviluppo di nuove architetture di dispositivi per la portabilità e applicazioni pratiche nel campo dei biosensori. Un dispositivo lab-on-chip è stato ottenuto dall'integrazione tra un EGOFET e un canale microfluidico con perfusione controllata da una pompa peristaltica. Il nuovo approccio proposto di modellare quattro elettrodi di gate d'oro e di funzionalizzarne tre con specifici gruppi di riconoscimento, ha permesso di rilevare diverse concentrazioni del fattore di necrosi tumorale (TNF-α) dei biomarcatori infiammatori in soluzione tampone, migliorando sia la statistica relativa al campionamento che il controllo della risposta non specifica. Gli approcci sviluppati nel corso della tesi sono facilmente riaddatibili ad altre coppie anticorpo/analita, cistituendo pertanto una vera e propria piattaforma biosensoristica. Qui l'EGOFET è stato anche esplorato attraverso un nuovo tipo di architettura che agisce come un interruttore molecolare elettrochimico, imitando il comportamento di un dispositivo di memoria. La possibilità di operare con bassi potenziali e in ambiente liquido rende EGOFET tra i dispositivi ideali da interfacciare con sistemi viventi e potenzialmente impiantabili.