Un nouveau matériau semi-conducteur organique (à base de carbone) a été développé. Il surpasse les options existantes pour construire la prochaine génération de biocapteurs. Une équipe de recherche internationale dirigée par KAUST est la première à surmonter certains défis critiques dans le développement de ce polymère. Le travail "Regiochemistry-Driven Organic Electrochemical Transistor Performance Enhancement in Ethylene Glycol-Functionalized Polythiophenes" a été publié dans le Journal of the American Chemical Society.
De nombreux efforts de recherche sont actuellement consacrés à de nouveaux types de biocapteurs qui interagissent directement avec le corps pour détecter des substances biochimiques clés et servir d'indicateurs de santé et de maladie. "Pour qu'un capteur soit compatible avec le corps, nous devons utiliser des matériaux organiques souples dont les propriétés mécaniques correspondent à celles des tissus biologiques", explique Rawad Hallani, ancien chercheur de l'équipe KAUST, qui a développé le polymère en collaboration avec des chercheurs de plusieurs universités des États-Unis et du Royaume-Uni.
M. Hallani explique que le polymère est conçu pour être utilisé dans des dispositifs appelés transistors électrochimiques organiques (OECT). Pour ces types de dispositifs, le polymère doit permettre à des ions spécifiques et à des composés biochimiques de pénétrer dans le polymère et de le doper, ce qui permet de moduler ses propriétés électrochimiques semi-conductrices. "La fluctuation des propriétés électrochimiques est ce que nous mesurons réellement comme signal de sortie de l'OECT", explique-t-il.
L'équipe a dû relever plusieurs défis chimiques, car même des changements mineurs dans la structure du polymère peuvent avoir un impact significatif sur les performances. De nombreux autres groupes de recherche ont essayé de fabriquer ce polymère particulier, mais l'équipe de KAUST est la première à y parvenir. Leur innovation repose sur des polymères appelés polythiophènes auxquels sont attachés des groupes chimiques appelés glycols dans des positions contrôlées avec précision. Apprendre à contrôler l'emplacement des groupes glycols d'une manière qui n'avait jamais été réalisée auparavant a été un aspect clé de cette percée.
"Identifier la bonne conception de polymère pour répondre à tous les critères que vous recherchez est la partie la plus difficile", dit Hallani. "Parfois, ce qui peut optimiser les performances du matériau peut avoir un effet négatif sur sa stabilité, nous devons donc garder à l'esprit les propriétés énergétiques et électroniques du polymère."
Une modélisation sophistiquée de la chimie computationnelle a été utilisée pour parvenir à la bonne conception. L'équipe a également bénéficié d'une analyse spécialisée de la diffusion des rayons X et de la microscopie électronique à effet tunnel pour contrôler la structure de ses polymères. Ces techniques ont révélé comment l'emplacement des groupes glycoliques affectait la microstructure et les propriétés électroniques du matériau.
"Nous sommes enthousiasmés par les progrès réalisés par Rawad dans la synthèse du polymère, et nous sommes maintenant impatients de tester notre nouveau polymère dans des dispositifs de biocapteurs spécifiques", déclare Iain McCulloch de l'équipe KAUST, qui est également rattachée à l'Université d'Oxford au Royaume-Uni. M. McCulloch indique que le groupe de recherche tente maintenant d'améliorer la stabilité de ses polymères et des capteurs construits à partir de ceux-ci, alors qu'ils passent des démonstrations en laboratoire aux applications du monde réel.
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