Il drogaggio è comunemente usato per migliorare le prestazioni nei dispositivi a semiconduttore, ma non ha avuto successo in precedenza per il trasporto di elettroni o di tipo n, materiali elettronici organici. Ora, un approccio sviluppato da KAUST utilizza un drogante, un additivo che aumenta le prestazioni elettroniche e la stabilità all'acqua di un polimero semiconduttore di tipo n, per produrre il primo n-drogato idrostabile, transistor elettrochimici organici, noti come OECT.

I transistor elettrochimici organici comprendono conduttori misti di plastica, strati di semiconduttori attivi che conducono contemporaneamente cariche ioniche ed elettroniche. Questi conduttori misti consentono agli OECT di convertire i segnali ionici in elettroliti e fluidi biologici in segnali elettronici. Però, le prestazioni dei semiconduttori organici di tipo n sono inferiori a quelle delle loro controparti che trasportano lacune in ambienti dettati da sistemi biologici, che è uno dei principali ostacoli allo sviluppo di circuiti logici e array di transistor.

Gli attuali metodi per migliorare le proprietà elettroniche degli OECT comportano la sintesi di nuovi conduttori misti di plastica. Un team KAUST ha scelto una tecnica semplice che utilizza il sale di ammonio fluoruro di tetra-n-butilammonio come n-drogante e il polimero coniugato P-90, che contiene unità naftalene e tiofene, come conduttore misto. Il team ha sciolto il drogante e il semiconduttore in due soluzioni separate e poi li ha combinati. "Questa tecnica può essere utilizzata in qualsiasi laboratorio senza essere un chimico o uno specialista, " dice l'ex postdoc KAUST Alexandra Paterson, che ha guidato lo studio sotto la guida di Sahika Inal.

I ricercatori hanno scoperto che il drogaggio n efficace dipende dalla separazione del catione ammonio dal suo anione fluoruro. Il sale trasferisce l'anione fluoruro al polimero per generare un radicale P-90 fluorurato e un radicale anione P-90. Gli elettroni delocalizzati e spaiati risultanti migliorano il doping elettrochimico negli OECT.

Il sale ha anche agito come additivo morfologico riducendo e levigando la tessitura superficiale, provocando la formazione di aggregati sul film polimerico, che facilita il trasporto della carica nel film.

"Il duplice ruolo del sale influisce sugli aspetti sia elettronici che ionici della conduzione mista, "Spiega Paterson.

I ricercatori hanno testato la stabilità operativa degli OECT in aria e acqua, nonché la loro durata di conservazione quando conservati in terreni biologici. "Gli OECT e i meccanismi di n-doping sono estremamente stabili, " Dice Paterson. Questo è un grande risultato perché mentre i polimeri in studio sono progettati per essere stabili, I droganti di tipo n sono generalmente instabili in condizioni operative elettrochimiche, soprattutto in aria e soluzioni acquose.

Il team sta ora lavorando per sfruttare la lunga durata di conservazione e la stabilità operativa di questi OECT drogati con n per applicazioni bioelettroniche, come sensori di glucosio e celle a combustibile enzimatiche. Stanno anche valutando i potenziali usi per monitorare l'attività dei canali ionici nelle cellule e per costruire sensori di cationi su microscala di prossima generazione.