Notícia

Novos fotodiodos orgânicos flexíveis de grande área prometem melhorias em aplicações médicas

Dr. Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Tech

Fonte

Georgia Tech | Instituto de Tecnologia da Georgia

Data

quarta-feira, 11 novembro 2020 15:50

Áreas

Bioeletrônica. Física Médica. Imagens e Diagnóstico.

O desempenho dos fotodiodos orgânicos flexíveis de grandes áreas avançou a tal ponto que agora podem oferecer vantagens sobre a tecnologia de fotodiodo de silício convencional, particularmente para aplicações como imagens biomédicas e monitoramento biométrico que requerem a detecção de baixos níveis de luz em grandes áreas. Os dispositivos orgânicos fornecem desempenho comparável ao dos fotodiodos de silício rígido no espectro de luz visível – exceto no tempo de resposta.

“O que conseguimos é a primeira demonstração de que esses dispositivos, produzidos a partir de soluções em baixas temperaturas, podem detectar apenas algumas centenas de milhares de fótons de luz visível a cada segundo, semelhante à magnitude da luz que chega aos nossos olhos de uma única estrela em um céu escuro ”, disse o Dr. Canek Fuentes-Hernandez, pesquisador da Escola de Engenharia Elétrica e de Computação do Instituto de Tecnologia da Geórgia (Georgia Tech). “A capacidade de revestir esses materiais em substratos de grande área com formas arbitrárias significa que os fotodiodos orgânicos flexíveis agora oferecem algumas vantagens claras sobre os fotodiodos de silício de última geração em aplicações que requerem tempos de resposta na faixa de dezenas de microssegundos.” O desenvolvimento e o desempenho de fotodiodos orgânicos de baixo ruído e grandes áreas estão descritos em edição recente da revista Science.

Dispositivos eletrônicos orgânicos são baseados em materiais fabricados a partir de moléculas ou polímeros baseados em carbono, em vez de semicondutores inorgânicos convencionais, como o silício. Os dispositivos podem ser feitos usando soluções simples e técnicas de impressão a jato de tinta, em vez dos processos caros e complexos envolvidos na fabricação de eletrônicos convencionais. A tecnologia agora é amplamente usada em monitores, células solares e outros dispositivos.

Os fotodiodos orgânicos usam polietilenimina, um modificador de superfície de polímero contendo amina. O uso da polietilenimina também foi mostrado para produzir dispositivos fotovoltaicos com baixos níveis de corrente escura: isso significa que os materiais podem ser úteis em fotodetectores para capturar sinais fracos de luz visível.

Uma possível aplicação pode ocorrer em oxímetros de pulso, colocados nos dedos para medir a frequência cardíaca e os níveis de oxigênio no sangue. Os fotodiodos orgânicos podem permitir que vários dispositivos sejam colocados no corpo e operem com 10 vezes menos luz do que os dispositivos convencionais. Isso pode permitir que monitores de saúde vestíveis produzam informações fisiológicas aprimoradas e monitoramento contínuo sem mudanças frequentes de bateria. Outras aplicações potenciais incluem interfaces homem-computador, como reconhecimento de gestos e controles sem toque.

Outra aplicação futura é na detecção de radiação ionizante por cintilação. Reduzir o nível de luz que pode ser detectado melhoraria a sensibilidade do dispositivo, permitindo-lhe detectar níveis mais baixos de radiação. A detecção da radiação emitida por veículos ou contêineres de carga requer uma grande área de detecção, que seria mais fácil de fazer a partir de fotodiodos orgânicos do que usando matrizes de fotodiodos de silício.

Fotodiodos orgânicos podem ter vantagens semelhantes em equipamentos de raios-X, onde os médicos desejam usar o menor nível de radiação possível para minimizar a dose entregue ao paciente. Aqui, novamente, a sensibilidade, a grande área e o fator de forma flexível devem dar aos fotodiodos orgânicos uma vantagem sobre os arranjos baseados em silício.

“Estamos trabalhando para melhorar o tempo de resposta do fotodetector porque a produção de fotodetectores rápidos permitiria muitas aplicações adicionais importantes. Há uma necessidade real de desenvolver tecnologias fotodetectoras que sejam mais escalonáveis ​​e uma das motivações deste trabalho é avançar a tecnologia orgânica que sabemos ser econômica para a escala”, destacou o Dr. Fuentes-Hernandez.

Os fotodiodos orgânicos podem mostrar valores de corrente de ruído eletrônico na faixa de dezenas de femtowatt e valores de potência equivalente de ruído de algumas centenas de femtowatt. Os principais fatores de desempenho dos fotodiodos orgânicos se comparam bem ao silício, exceto na área de tempo de resposta, onde os pesquisadores estão trabalhando em  melhorias para permitir aplicações futuras.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Georgia Tech (em inglês).

Fonte: John Toon, Georgia Tech. Imagem: fotodiodo de silício comparado a dois fotodiodos orgânicos de grande área. Fonte: Dr. Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Tech.

 

Em suas publicações, o Portal Tech4Health da Rede T4H tem o único objetivo de divulgação científica, tecnológica ou de informações comerciais para disseminar conhecimento. Nenhuma publicação do Portal Tech4Health tem o objetivo de aconselhamento, diagnóstico, tratamento médico ou de substituição de qualquer profissional da área da saúde. Consulte sempre um profissional de saúde qualificado para a devida orientação, medicação ou tratamento, que seja compatível com suas necessidades específicas.