乳酸センサ用の柔軟な3D有機プリアンプ

A Flexible 3D Organic Preamplifier for a Lactate Sensor.

• Sanghoon Baek
• Jimin Kwon
• Taisei Mano
• Shizuo Tokito
• Sungjune Jung

抄録

有機トランジスタは、ウェアラブルなバイオセンサーのための有望なプラットフォームです。しかし、信号増幅を改善するための戦略は、特に非常に弱い信号を発生するバイオセンサーに関しては、まだ決定されていない。本研究では、柔軟性のあるプラスチック箔上の乳酸センサーのための有機電圧増幅器を提示する。プリアンプは、3次元相補インバータをベースにしており、それらの間に共有ゲートを持つ相補トランジスタを垂直に積層することで実現されています。共有ゲートは、乳酸を検出するために乳酸酸化酵素で拡張され、機能化されている。このセンシングデバイスは、増幅器の高利得により、ヒトの汗の範囲（20～60mm）の乳酸濃度を高感度（6.82mV mm）で検出することに成功しました。3次元集積化プロセスは、溶液処理が可能であり、単位面積あたりのトランジスタ数が2倍になるため、費用対効果が高い。本研究で発表されたデバイスは、ウェアラブルな高利得の非侵襲性乳酸汗センサーの開発に道を開くことになるだろう。

Organic transistors are promising platforms for wearable biosensors. However, the strategies to improve signal amplification have yet to be determined, particularly regarding biosensors that generate very weak signals. In this study, an organic voltage amplifier is presented for a lactate sensor on flexible plastic foil. The preamplifier is based on a 3D complementary inverter, which is achieved by vertically stacking complementary transistors with a shared gate between them. The shared gate is extended and functionalized with a lactate oxidase enzyme to detect lactate. The sensing device successfully detects the lactate concentration in the human sweat range (20-60 mm) with high sensitivity (6.82 mV mm ) due to high gain of its amplification. The 3D integration process is cost-effective as it is solution-processable and doubles the number of transistors per unit area. The device presented in this study would pave the way for the development of high-gain noninvasive sweat lactate sensors that can be wearable.

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