Une équipe d'ingénieurs a mis au point un transistor en fil de lin, leur permettant de créer des appareils électroniques entièrement constitués de fils fins qui pourraient être tissés dans du tissu, porté sur la peau, voire (théoriquement) implanté chirurgicalement pour un suivi diagnostique. Les dispositifs électroniques entièrement flexibles pourraient permettre une large gamme d'applications qui se conforment à différentes formes et permettent la libre circulation sans compromettre la fonction, disent les chercheurs.

Dans une étude publiée dans Matériaux et interfaces appliqués ACS , les auteurs décrivent la conception des premiers transistors à base de fils (TBT) qui peuvent être transformés en simples, circuits logiques tout thread et circuits intégrés. Les circuits remplacent le dernier composant rigide restant de nombreux dispositifs flexibles actuels, et lorsqu'il est combiné avec des capteurs à base de fil, permettre la création de complètement flexibles, appareils multiplexés.

Le domaine de l'électronique flexible est en pleine expansion, avec la plupart des dispositifs atteignant la flexibilité en modelant des métaux et des semi-conducteurs dans des structures "ondulées" pliables ou en utilisant des matériaux intrinsèquement flexibles tels que des polymères conducteurs. Cette électronique « douce » permet des applications pour des appareils qui se conforment et s'étirent avec le tissu biologique dans lequel ils sont intégrés, comme la peau, cœur ou même du tissu cérébral.

Cependant, par rapport à l'électronique à base de polymères et autres matériaux souples, l'électronique à base de fil a une flexibilité supérieure, diversité matérielle, et la capacité d'être fabriqué sans avoir besoin de salles blanches, disent les chercheurs. L'électronique à base de fils peut inclure des dispositifs de diagnostic extrêmement minces, suffisamment souple et flexible pour s'intégrer parfaitement aux tissus biologiques qu'ils mesurent.

Les ingénieurs de Tufts ont précédemment développé une suite de température basée sur le fil, glucose, souche, et capteurs optiques, ainsi que des fils microfluidiques pouvant prélever des échantillons de, ou délivrer des médicaments à, le tissu environnant. Les transistors à base de fils développés dans cette étude permettent la création de circuits logiques qui contrôlent le comportement et la réponse de ces composants. Les auteurs ont créé un simple circuit intégré à petite échelle appelé multiplexeur (MUX) et l'ont connecté à un réseau de capteurs à base de fils capables de détecter les ions sodium et ammonium, des biomarqueurs importants pour la santé cardiovasculaire, fonction hépatique et rénale.

« Dans les expériences de laboratoire, nous avons pu montrer comment notre appareil pouvait surveiller les changements de concentrations de sodium et d'ammonium à plusieurs endroits, " dit Rachel Owyeung, un étudiant diplômé de la Tufts University School of Engineering et premier auteur de l'étude. "Théoriquement, nous pourrions étendre le circuit intégré que nous avons fabriqué à partir des TBT pour attacher un large éventail de capteurs suivant de nombreux biomarqueurs, à de nombreux endroits différents à l'aide d'un seul appareil."

La fabrication d'un TBT (voir Figure 1) consiste à enduire un fil de lin de nanotubes de carbone, qui créent une surface semi-conductrice à travers laquelle les électrons peuvent voyager. Deux fils d'or minces sont attachés au fil - une "source" d'électrons et un "drain" où les électrons s'écoulent (dans certaines configurations, les électrons peuvent circuler dans l'autre sens). Un troisième fil, appelé la porte, est attaché au matériau entourant le fil, de telle sorte que de petits changements de tension à travers le fil de grille permettent à un courant important de circuler à travers le fil entre la source et le drain - le principe de base d'un transistor.

Une innovation essentielle dans cette étude est l'utilisation d'un gel infusé d'électrolyte comme matériau entourant le fil et connecté au fil de porte. Dans ce cas, le gel est composé de nanoparticules de silice qui s'auto-assemblent en une structure en réseau. Le gel électrolytique (ou ionogel) peut être facilement déposé sur le fil par trempage ou écouvillonnage rapide. Contrairement aux oxydes ou polymères à l'état solide utilisés comme matériau de grille dans les transistors classiques, l'ionogel est élastique en cas d'étirement ou de flexion.

"Le développement des TBT a été une étape importante dans la fabrication d'une électronique complètement flexible, afin que nous puissions maintenant tourner notre attention vers l'amélioration de la conception et des performances de ces appareils pour des applications possibles, " a déclaré Sameer Sonkusale, professeur de génie électrique et informatique à la Tufts University School of Engineering et auteur correspondant de l'étude. « Il existe de nombreuses applications médicales dans lesquelles la mesure en temps réel des biomarqueurs peut être importante pour traiter la maladie et surveiller la santé des patients. La capacité d'intégrer pleinement un dispositif de surveillance diagnostique souple et flexible que le patient remarque à peine pourrait être assez puissante.