Transístor iônico é rápido o suficiente para Bioeletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/09/2019

Portas NAND e NOR do transístor bioeletrônico conformam-se à a superfície das pétalas da orquídea. Micrografias ópticas das portas lógicas NOR (centro superior) e NAND (centro), além das configurações de entrada (I1, I2) e saída (O) - tudo funcional, como se pode ver pelos sinais à direita.
[Imagem: Spyropoulos et al. - 10.1126/sciadv.aau7378]

Bioeletrônica

Muitos avanços importantes na medicina, especialmente na neurologia, foram desencadeados pelos dispositivos eletrônicos capazes de coletar, processar e interagir com substratos biológicos.

Esses sistemas bioeletrônicos dependem de sensores que possam detectar os sinais biológicos e interfaces que possam fornecer a estimulação elétrica ou química para resolver os problemas de saúde.

Os transistores, os componentes que amplificam ou trocam sinais eletrônicos em circuitos, formam a espinha dorsal desses sistemas. No entanto, os transistores usados nos eletrônicos tradicionais nem sempre atendem a vários critérios para operar de forma eficiente e segura em ambientes biológicos, principalmente quanto à umidade.

Nestes últimos meses, contudo, a comunidade envolvida com as interfaces bioeletrônicas se entusiasmou com os progressos obtidos por George Spyropoulos e colegas da Universidade de Columbia, nos EUA.

Spyropoulos desenvolveu o primeiro transístor biocompatível movido a íons, e que vem-se mostrando rápido o suficiente para permitir a detecção de sinais em tempo real e a estimulação de sinais cerebrais, um avanço significativo em relação a outros protótipos de transistores bioeletrônicos.

A equipe acredita que seus transistores possuem todos os recursos necessários para uma operação segura, confiável e rápida nos ambientes biológicos por longos períodos de tempo, e os testes têm justificado essa expectativa, dando um novo entusiasmo à área da bioeletrônica, sobretudo das interfaces neurais.

O transístor eletroquímico orgânico é o bloco fundamental e ideal para a bioeletrônica.
[Imagem: Universidade de Columbia]

Transístor iônico

Ao contrário dos transistores comuns, que operam com base em elétrons, o transístor eletroquímico orgânico opera por meio de íons móveis contidos dentro de um canal de polímero condutor. Isso permite a capacitância volumétrica (interações iônicas envolvendo todo o volume do canal), dando robustez ao componente, e encurta o tempo de trânsito iônico, aumentando a velocidade de operação do transístor.

Os primeiros protótipos apresentaram grande transcondutância (taxa de amplificação) e alta velocidade, além de poderem ser chaveados independentemente. Outro fator que facilita a adoção do transístor iônico é que ele foi fabricado pelas técnicas padrão da indústria, o que significa que ele pode ser usado para criar circuitos integrados de qualquer tamanho.

Os pesquisadores demonstraram a capacidade do transístor iônico para estabelecer uma interface miniaturizada e macia com a pele humana, usando amplificação local para gravar sinais neurais de alta qualidade, adequados para processamento.

"Nós fabricamos um transístor que pode se comunicar usando íons, os portadores de carga do corpo, a velocidades rápidas o suficiente para realizar cálculos complexos necessários para a neurofisiologia, o estudo da função do sistema nervoso.

"O canal do nosso transistor é feito de materiais totalmente biocompatíveis e pode interagir com íons e elétrons, tornando a comunicação com sinais neurais do corpo mais eficiente. Agora seremos capazes de construir dispositivos bioeletrônicos mais seguros, menores e mais inteligentes, como interfaces cérebro-máquina, eletrônicos de vestir e dispositivos de estimulação terapêutica responsivos, que possam ser implantados em humanos por longos períodos de tempo," disse o professor Dion Khodagholy, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Artigo: Internal-ion gated organic electrochemical transistor: a building block for integrated bioelectronics
Autores: George D. Spyropoulos, Jennifer N. Gelinas, Dion Khodagholy
Revista: Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.aau7378