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A simple all-PEDOT:PSS electrochemical transistor for ascorbic acid sensing

Over the past decade, the development of organic electronics has led to the fabrication of new devices that find application in many fields of science and technology

Authors

I. Gualandi, M. Marzocchi, E. Scavetta, M. Calienni, A. Bonfiglio, B. Fraboni

Abstract

Over the past decade, the development of organic electronics has led to the fabrication of new devices that find application in many fields of science and technology. A prominent example is organic electrochemical transistor (OECT), a thin film transistor which shows amazing sensing performance that outperforms the one of the common chemical sensors.

The outcome of this research carried out by DIFA researchers (I. Gualandi, M. Marzocchi, M. Calienni, B. Fraboni) is an OECT wherein all electrodes are made in PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly- (styrenesulfonate)) in order to obtain a device that could be easily exploited in the production of flexible and/or low cost sensors. The all-PEDOT OECT has been used for detecting vitamin C, a very important biological compound that humans must obtain from the diet.

The tests have shown that the strong point of the device is a wide concentration range of linear response together with a high sensitivity and a very low limit of detection. The signal transduction has also been investigated demonstrating that the ascorbic acid extracts charge carriers from channel of transistor and, consequently, its conductivity decreases.

Finally the real use of the sensor has been proved employing it for determining the amount of ascorbic acid in a Aspirin tablet and obtaining a concentration value that agrees with the one declared by the producer.

Link: http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/TB/C5TB00916B#!divAbstract

Sommario

Negli ultimi dieci anni, lo sviluppo dell'elettronica organica ha portato alla realizzazione di nuovi dispositivi che trovano applicazione in molti campi della scienza e della tecnologia. Un esempio importante di tali dispositivi sono i transistor elettrochimici a base organica (OECT); appartenenti alla classe dei  transistor organici a film sottile mostrano della prestazioni sensoristiche sorprendenti che superano ampiamente quelle dei sensori chimici comunemente utilizzati.

Il risultato di questa ricerca è stato lo sviluppo di un OECT in cui tutti gli elettrodi sono stati realizzati completamente in PEDOT :PSS (poli(3,4-etilendiossitiofene) polistirensolfonato), in modo da avere un dispositivo che possa essere facilmente sfruttato per la produzione di  sensori flessibili e / o a basso costo. L’OECT completamente in PEDOT:PSS è stato impiegato come sensore per la rivelazione della vitamina C, un composto biologico molto importante che gli esseri umani devono acquisire attraverso l’alimentazione.

Il principale punto di forza del nostro dispositivo è un ampio intervallo di concentrazione in cui la risposta del sensore è lineare, combinato a un’elevata sensibilità e un basso limite di rivelazione. È stato anche studiato il processo di trasduzione del segnale, dimostrando che l'acido ascorbico estrae portatori di carica dal canale del transistor diminuendone la conducibilità.

Infine è stato dimostrato che il sensore può essere impiegato in applicazioni reali determinando la quantità di acido ascorbico in una pasticca di Aspirina e ottenendo un valore di concentrazione che concordava con quello dichiarato dal produttore.