Anisotropie contrôlée pour des transistors électrochimiques organiques aux performances records – CAROT

Les transistors électrochimiques organiques (OECTs) sont au cœur de nouveaux capteurs bioélectroniques de plus en plus populaires dans le secteur des soins de santé. À ce jour, la maturation des biocapteurs à base d'OECT est entravée par (i) une stabilité au cyclage limitée pour les OECT les plus efficaces et (ii) une stagnation des progrès en matière d'amplification du signal et donc de l'abaissement de la limite de détection de ces capteurs. Les résultats records obtenus par l'équipe du jeune chercheur (OB) en tant que résultats préliminaires promettent un avenir radieux aux films hautement anisotropes pour des dispositifs électrochimiques plus performants. CAROT propose une méthodologie détaillée pour convertir cette avancée en un axe de recherche solide permettant à OB de mûrir sa position de leader dans le domaine de l'OECT et d'acquérir une reconnaissance internationale durable. CAROT est soigneusement conçu pour valoriser les appareils et le savoir-faire disponibles sur le campus strasbourgeois du CNRS (ICPEES/STELORG) tout en promouvant l'indépendance du jeune chercheur. L'originalité de CAROT pour permettre de plus grande amplification du signal et améliorer la stabilité au cyclage des OECTs est d'abandonner les canaux compacts isotropes et de les remplacer par des canaux anisotropes avec un ordre moléculaire élevé et/ou une porosité contrôlée. La méthodologie de CAROT repose sur deux approches divisées en deux tâches. L'objectif principal de la tâche 1 est de mûrir les résultats préliminaires records démontrant que les canaux hautement anisotropes fabriqués par frottement à haute température constituent une approche efficace pour améliorer les performances des OECT. L'innovation de la tâche 1 réside principalement dans la combinaison unique du frottement à haute température avec des OECTs et avec de nouveaux polymères à haute performance déjà disponibles à l'ICPEES. Tandis que l'objectif principal de la tâche 2 est de développer l'électrofilage de polymères semi-conducteurs pour fabriquer un canal OECT mésoporeux avec un matelas de nanofibres polymères alignées en vue d'améliorer la stabilité du cycle des OECT en contrôlant le gonflement/dégonflement du canal lors de l’absorption/expulsion d’ions hydratés. L'innovation de la tâche 2 réside principalement dans la combinaison unique de la méthode d'électrofilage avec des OECTs et avec de nouveaux polymères, incluant une étude préliminaire sur des copolymères avec des chaînes latérales ioniques pouvant être éliminées post-dépôt pour permettre une mise en œuvre dans l'eau. À l'aide d'un instrument « fait-maison » unique combinant la spectroélectrochimie Vis-NIR résolue en temps et la caractérisation in-operando des transistors, les mécanismes fondamentaux régissant l'amplification du signal et la stabilité du cycle de ces structures anisotropes seront étudiés en profondeur afin de rationaliser la conception de la prochaine génération d'OECTs. CAROT répondra également à la question de recherche : Pouvons-nous fabriquer un canal polymère avec deux domaines : l'un désordonné, qui absorbe les ions hydratés et gonfle, et l'autre plus ordonné, qui conduit les électrons/trous et qui serait peu affecté par le gonflement ? En plus d'être un tremplin pour l'établissement d'OB en tant que chercheur indépendant, les impacts attendus de CAROT sont les suivants : (i) l'amélioration de l'amplification et de la stabilité du signal OECT en vue d'applications en tant que capteurs à ultra-haute sensibilité à usage unique ou long-terme, (ii) le lancement d'un axe de recherche sur l'électrofilage des polymères semi-conducteurs à l'ICPEES, (iii) la caractérisation électrique de nouveaux dérivés du PBTTT à chaine polaires, et (iv) une meilleure compréhension des mécanismes fondamentaux de dopage électrochimique des polymères hautement anisotropes. À notre connaissance, ni le frottement à haute température ni l'électrofilage n'ont été utilisés à ce jour pour fabriquer des canaux OECT.