Development of electrodes in polymeric flexible substrates for organic biosensors

Abstract

The increase of organic electronics and consequently, the development of sensors based on organic polymers have attracted a lot of attention of the scientific community. Intrigued by these multifunctional, easily processed and low cost materials, it has started to develop odour biosensors for different applications, including medical field and the detection of various diseases. The present work, is focused in the scaling-up of a devoted laboratory approach, in particular concerning the development of organic odour biosensors (electronic nose concept) based on a conductive polymer (PEDOT:PSS) in a pre-industrial approach and produced by means of electronic printing techniques, such as screen printing and slot die. New carbon microelectrodes with different geometrical parameters were designed and processed by the screen printing technique. Further, the slot die technique was applied in order to print the PEDOT:PSS film over the microelectrodes. After the fabrication process, the sensors were morphologically characterized by optical microscopy, atomic force microscopy, profilometry and electrically identified by the two points probe method. The sensors were tested with the use of different analytes with the main focus on two gynaecological analytes. The resistive and capacitive electrical sensor responses for the analytes were analysed and discussed in depth. Important results were obtained with regard to the influence of the geometrical parameters of the carbon microelectrodes and also to the polymer thickness. Finally, the tests on the sensors were also carried out with the use of other analytes which contained blue cheese.

O desenvolvimento de eletrónica orgânica e consequentemente o desenvolvimento de sensores baseados em polímeros orgânicos, atraíram a atenção da comunidade científica. Motivada pela multifuncionalidade, fácil processamento e baixo custo destes materiais, novos biossensores de odor para diversas aplicações começaram a ser desenvolvidos, incluindo na área médica, para a deteção de doenças. Este trabalho, baseou-se no processo de “scaling-up” de um trabalho prévio que teve um objetivo meramente laboratorial, em particular no desenvolvimento de biossensores orgânicos de odor (conceito de nariz eletrónico), baseados em polímeros orgânicos (PEDOT:PSS) num paradigma pré industrial e fabricados pelo meio de técnicas de impressão de eletrónica orgânica, tais como screen printing e slot die. Foram desenhados novos microelétrodos de carbono com diferentes parâmetros geométricos que foram posteriormente produzidos por screen printing. Através da técnica de impressa de slot die, foram posteriormente impresso filmes de PEDOT:PSS sobre os microelétrodos. Após o processo de fabrico, os sensores foram morfologicamente caraterizados por microscopia ótica, microscopia de força atómica, perfilometria e eletricamente caraterizados através da técnica de duas pontas. Os sensores foram testados para diferentes analitos, nomeadamente para dois analitos ginecológicos. A resposta resistiva e capacitiva dos sensores expostos aos analitos, foi obtida e analisada, com especial atenção na influência dos parâmetros geométricos dos microelétrodos de carbono e também na espessura do polímero. Por fim, os sensores foram também testados para outros analitos compostos por queijo azul.