Proyecto I+D+i: Ingeniería, preparación y caracterización de dispositivos electrónicos orgánicos para aplicaciones en sensores físicos y (bio)químicos y el desarrollo de nuevas tecnologías (GENESIS)

El proyecto GENESIS avanzará en el campo de la electrónica orgánica, que permite diseñar dispositivos flexibles, ligeros, biocompatibles, económicos y à la carte, usados en sensores altamente sensibles para diversas aplicaciones con alto impacto en nuestra sociedad, como el diagnóstico médico o la robótica.

Los dispositivos electrónicos orgánicos no son tan rápidos como los basados en silicio, pero gracias a que se pueden preparar utilizando métodos de impresión usando el material orgánico como tinta, su coste de fabricación es mucho menor. Además, los dispositivos orgánicos ofrecen propiedades muy interesantes como la flexibilidad y el bajo peso, la funcionalidad química, y la biocompatibilidad. Así, la electrónica imprimible orgánica se está convirtiendo en una tecnología emergente transformadora.

El objetivo del proyecto GENESIS es el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos basados en materiales orgánicos que puedan contribuir al bienestar de nuestra sociedad. Dichos dispositivos son particularmente atractivos en el campo de la detección, ya que pueden proporcionar una nueva generación de sensores portátiles y económicos que permitan realizar análisis en los puntos de necesidad.

Figura 1
Figura 1. Preparación de sustratos de oro ultraplanos para preparar monocapas orgánicas en su superficie.

En particular, los dispositivos se basarán mayoritariamente en transistores orgánicos (OFET, del inglés organic field-effect transistor), es decir, transistores en los que el componente activo es un semiconductor orgánico. Los transistores son componentes electrónicos muy interesantes para el desarrollo de sensores ya que responden de forma muy sensible a los cambios del entorno (de temperatura, luz, etc…) y actúan como amplificadores de la señal.

En concreto, en el proyecto GENESIS se van a desarrollar OFETs impresos para las siguientes aplicaciones:

1) Sensores orgánicos y flexibles que respondan a cambios físicos de nuestro entorno (radiación, temperatura y deformación).  Se fabricarán los dispositivos sobre plásticos muy finos y flexibles, y la respuesta eléctrica a los estímulos externos se optimizará modificando el semiconductor orgánico, así como la morfología de las películas del semiconductor.

2) Sensores eléctricos para diagnóstico médico. El objetivo es fabricar una nueva generación de pruebas en el punto de atención (POC, del inglés point-of-care). Dichos dispositivos serán rápidos, sensibles y económicos, facilitando un diagnóstico más temprano y un mejor tratamiento.  Para ello, se investigarán formulaciones de semiconductores que sean estables en agua y se desarrollarán metodologías para integrar en los dispositivos el receptor adecuado para detectar el analito de interés. Este receptor podrá implementarse en los electrodos del transistor funcionalizándolo químicamente.

En el marco del proyecto GENESIS, con el fin de optimizar el rendimiento de los dispositivos arriba mencionados, también se abordarán aspectos más fundamentales como son: los mecanismos de transporte de carga en los materiales orgánicos de interés, y el estudio de las propiedades electroquímicas de interfaces electrodo/electrolito fabricadas a través de la modificación de electrodos con moléculas sensibles a un agente o estímulo externo.

Se espera que los materiales moleculares preparados en GENESIS actúen como catalizadores para el desarrollo de una nueva generación de dispositivos electrónicos de alto rendimiento, baratos, versátiles y de bajo consumo de energía. La investigación y los hallazgos científicos esperados en GENESIS contribuirán a la comprensión de conceptos fundamentales, cruciales para el diseño de nuevos materiales y dispositivos con interés tecnológico.

Debido a sus propiedades únicas, la implementación de materiales orgánicos en dispositivos puede repercutir en avances tecnológicos novedosos y significativos con un gran impacto en diferentes sectores de nuestra vida.

Investigador/a principal - Acerca del autor/a
Marta Mas Torrent

Marta Mas Torrent se doctoró en 2002 por la Universidad Autónoma de Barcelona, con el trabajo de investigación llevado a cabo en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) y en The Royal Institution en Londres (Reino Unido). Después de una etapa postdoctoral en el Instituto Kavli de Nanociencia en Delft (Países Bajos), obtuvo en 2007 una posición de científica titular en el ICMAB-CSIC, donde ahora es investigadora científica. En 2012 recibió un proyecto ERC Starting Grant y en 2014 una ERC Proof-of-Concept para investigar y desarrollar dispositivos electrónicos orgánicos. Es co-autora de más de 170 artículos científicos en revistas internacionales. Marta lidera el grupo de investigación de “Electrónica orgánica” en el ICMAB, especializado en el diseño y preparación de materiales moleculares funcionales para su aplicación en dispositivos electrónicos. La investigación abarca desde los estudios fundamentales para entender las propiedades de estos materiales, hasta la puesta en marcha de dispositivos prueba de concepto.

Núria Crivillers

Núria Crivillers se doctoró en 2008 por la Universidad Autónoma de Barcelona, trabajando en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC). Después consiguió una ayuda Marie Sklodowska-Curie que la llevó en el Instituto de Ciencia e Ingeniería Supramolecular de Strasbourg (Francia). En 2011 volvió al ICMAB con un contrato Juan de la Cierva, seguido de un contrato Ramón y Cajal. Desde 2017 es científica titular del ICMAB.