BIOELECTRONICĂ ȘI ELECTRONICĂ VERDE PENTRU UN MEDIU CURAT
RAVARİU C., TOPOR A., MİHĂİESCU D.E., MANEA E.
Abstract. Unele direcții pe tematica de mediu pentru România, în colaborare cu partenerii străini, pentru următorul deceniu sunt: (i) reciclarea deșeurilor electrice și electronice, utilizând rețele viitoare durabile furnizori-conversie-producție-materiale, într-un lanț de țări; (ii) depoluarea apei și monitorizarea în râuri, apă potabilă, tratarea apelor biologice contaminate; (iii) contaminarea aerului cu poluanți.
Introducere
În România, ecologia și mediul curat devin o prioritate, după ultimele ținte UE – România. Ne propunem să dezvoltăm conexiuni multiple ale diferitelor forumuri de conservare a mediului din România cu actori străini maturi, pentru a încuraja reformele provocatoare, capabile să asigure echilibrul dintre Știință și Tehnologie și un mediu mai curat, mai sănătos și mai durabil pentru populația globală.
Unele soluții din domeniile Bio-nanoelectronică și micro-tehnologii sunt: (i) pentru reducerea gazelor și a emisiilor de CO, electronica Si trebuie să se deplaseze la SiC sau C, datorită unei reduceri puternice a curenților de scurgere în toate Circuite CMOS în starea OFF; (ii) diferiți senzori și biosenzori pentru monitorizarea apei/aerului/solului fabricate prin tehnologii micro-nano-electronice (Ravariu C și colab., 2018); (iii) recuperarea metalelor rare sau a resurselor Terra critice din deșeurile electronice (de exemplu, Hf, Pt etc.); (iv) procesele semiconductoare organice verzi ale fabricațiilor (Ravariu C. și colab., 2020); exemplele sunt nanomateriale de bază cu carcasă organică în loc de materiale pentru electronice cu precursori PAH, cum ar fi pentacena obișnuită (Yang D. și colab., 2015); (v) monitorizarea mediului, medicina curată (Bondarciuc A et al, 2015), educația de mediu și practicile comune pentru oamenii din diferite țări pentru a extinde inițiativele comune. Pe de altă parte, coautorii acestei lucrări propun pentru viitoarele oportunități viitoare în curățarea mediului, lansând un program de studii de masterat Nano-Bio-Inginerie și Managementul Mediului încă de acum 2 ani. Lucrarea prezintă contribuții proprii și propune câteva direcții de colaborare.
Bioelectronică – contribuții la biosenzorii de mediu
În urma unui proiect comun, echipa noastră a raportat o fabricație de biosenzori pentru detectarea pesticidelor (Ravariu C. și colab., 2015). Suprafața de Si a fost funcționalizată prin porozificare, obținându-se un strat poros Si, ca film superior capabil să prindă enzima Acetil-colinesterază (AcHE). Recomandările pe care le abordăm constau în co-integrarea părților biologice cu componente microelectronice pe același cip (Ravariu C. și colab., 2019). Paraoxonul aparține unei clase de substanțe parasimpatomimetice, cum ar fi pesticidele. Prin urmare, funcționează împreună cu inhibitorul AcHE. Acum, indicăm câteva comenzi rapide pentru procesul tehnologic.
Si-poros nu este achiziționat de la niciun furnizor, iar depunerea sa nu se realizează din soluții lichide pe placheta de Si, deoarece poate fi ușor îndepărtat și nu este capabil să lege un strat enzimatic gros. Prin urmare, recomandăm conversia stratului superior de Si de la Si-mono-cristalin la Si-poros, prin oxidare anodică, sub un tratament electrolitic în 4% HF în Dimetilformamidă, la temperatura camerei. În acest fel, stratul subțire poros de Si este crescut pe placheta de Si, fiind puternic ancorat pe substratul de Si. În consecință, stratul poros de o sută de nanometri grosime este capabil să capteze și să lege următorul strat enzimatic de o sută de microni grosime (Ravariu C. și colab., 2007, Ravariu C. și colab., 2009).
În cele din urmă, biosenzorul a măsurat abaterea potențială a structurii capacitive între 20mV și 160mV pentru o concentrație de paraoxon cuprinsă între 10uM și 1000uM, Figura 1.
(a) (b)
Fig 1. (a) Proiectarea electrozilor dezvăluie urme trasee interdigitate și un film pentru electrodul de referință; (b) curba de calibrare a biosenzorului, tensiune versus concentrație de paraoxon
Fig 2. O-TFT conceptual: poziția straturilor și electrozilor
(a) (b)
Fig 3. (a) O-TFT experimental cu strat activ Fe3O4-PABA ca semiconductor organic; (b) Caracteristicile ID-VGS măsurate ale O-TFT cu film de tip p.
În a doua parte a articolului este prezentat un tranzistor cu semiconductor organic, aparținând tehnologiilor verzi de fabricație, netoxice pentru muncitori, Fig. 2, și rezultate ale caracteristicilor electrice Fig. 3.