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Transistores flexibles, diodos emisores de luz para pantallas de smartphones, televisores OLED rígidos y flexibles, y paneles solares fotovoltaicos enrollables. Todos estos productos se desarrollan con electrónica orgánica. El académico de la Facultad de Ingeniería y Ciencias (FIC) de la Universidad Adolfo Ibáñez, Felipe Larraín, participó en un inédito estudio que demostró que se pueden diseñar dispositivos que detecten la luz reemplazando el silicio por tintas de origen orgánico. Este anuncio será próximamente publicado en la revista internacional científica “Science”.
El estudio fue desarrollado durante más de siete años en el Georgia Institute of Technology (GT). Fue financiado con fondos federales del gobierno de los Estados Unidos, específicamente las Oficinas de Investigación Naval, de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, y la Agencia para la No Proliferación Nuclear. Felipe Larraín, doctor en Ingeniería eléctrica y actualmente académico de FIC forma parte de un equipo encabezado por Canek Fuentes-Hernández, investigador científico del Departamento de Ingeniería Eléctrica de GT y primer autor del artículo, y por el profesor Bernard Kippelen.
La novedad radica en la creación de fotodiodos orgánicos que detectan luz de forma tan efectiva como los mejores fotodiodos rígidos de silicio, pero son flexibles y ergonómicos. “Esto significa que estos fotodiodos orgánicos pueden detectar niveles de iluminación tan pequeños como los que nuestros ojos reciben de una sola estrella en el firmamento, es decir, unos cientos de miles de fotones por segundo,” explico Canek Fuentes-Hernández. Esta tecnología de detección de luz tiene aplicaciones en sensores ópticos, computación interactiva como videojuegos, dispositivos de monitoreo de signos vitales, imagenología biomédica, detección de radiación y cámaras de video con sensores de movimiento, entre otros.
El silicio, por su parte, es el pilar de la industria electrónica convencional, y se obtiene a partir de la refinación de la arena y la cuarcita en diversos procesos químicos y térmicos, algunos a temperaturas superiores a los 1800 grados Celsius. Esto permite producir silicio cristalino de extrema pureza y rigidez, ideal para desarrollar circuitos integrados para computadores, pantallas y otros, pero resulta problemático para incrementar el área de fotodetectores a un bajo costo.
Sin embargo, los semiconductores orgánicos son moléculas producidas mediante síntesis química y pueden ser procesados a partir de soluciones líquidas a temperaturas menores de 150 grados Celsius. Por ello, estos materiales son compatibles con la manufactura industrial a gran escala, lo que sugiere la irrupción de estas tecnologías en el futuro cercano en dispositivos electrónicos de bajo costo, livianos, flexibles y potencialmente biodegradables.
Para Felipe Larraín, hoy de regreso en Chile, “la electrónica orgánica y los materiales híbridos orgánicos-inorgánicos representan una oportunidad única para nuestro país. La invitación está abierta para que investigadores chilenos se sumen al desafío de desarrollar tecnología con estos materiales. A diferencia de la electrónica convencional dominada por Norteamérica (por ejemplo, Intel) o Corea (por ejemplo, Samsung), existe un espacio para hacer contribuciones relevantes en tecnologías menos maduras comercialmente y con barreras de entrada mucho menores en términos de la infraestructura que se requiere para su manufactura, como la electrónica orgánica”. El académico agrega que, si bien los emisores de luz orgánicos están comenzando a masificarse en el mercado, transistores, fotodetectores y celdas solares orgánicas son todavía incipientes. Solo algunas compañías en el mundo, entre ellas en Alemania (Heliatek), Francia (Armor-Group) y Estados Unidos (Kateeva), están desarrollando este tipo de tecnología.
El mexicano Canek Fuentes-Hernández explica que desarrollar electrónica flexible, amigable con el medioambiente, de alta eficiencia y bajo costo de producción, democratizará su acceso. Agrega que en los últimos años, fotodetectores altamente sensibles usados en sensores para medir la frecuencia cardiaca y el nivel de oxigenación en la sangre (oximetría) penetraron el mercado de “vestibles” (dispositivos electrónicos tipo bandas, pulseras y relojes).
Sin embargo, estos dispositivos lograron baja adherencia en parte por ser rígidos y porque debían ser recargados con frecuencia. Dada su ergonomía, estos fotodetectores orgánicos podrían incorporarse en adhesivos capilares casi imperceptibles, a modo de tatuajes desechables, que midan indicadores y datos vitales. Más aun, la facilidad de desarrollar fotodetectores orgánicos con áreas grandes y formas no convencionales, como anillos, contribuye a reducir significativamente el consumo de potencia y reducir los costos de este tipo de sensores.
Considerando la importancia de la oximetría de pulso en tiempos de pandemia, Larraín señaló que este tipo de tecnología permitiría crear oxímetros portátiles para medir la saturación de oxígeno, reemplazando la conocida pinza ubicada en el dedo índice por un anillo flexible. Según indica, el uso de fotodetectores orgánicos ofrecería la misma calidad de medición, más comodidad a los pacientes y un menor consumo de energía eléctrica. Dicha tecnología podría permitir detectar en tiempo real y de manera oportuna disminuciones en la saturación de oxígeno producidas por diversas patologías.
Para los investigadores, el hallazgo constituye un hito en la detección de luz con fotodiodos orgánicos y abre significativas oportunidades para nuevas aplicaciones no solo en la salud, sino también en otros sectores e industrias.
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