Doctoral Thesis

Organic electrochemical transistors (OECTs) in bioelectronics

Final Thesis 71.28 MB

Author of thesis: Ing. Jan Brodský

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D.

Reviewers: Mgr. Petr Jakubec, Ph.D., doc. Ing. Tomáš Syrový, Ph.D.

Abstract:

Organic electrochemical transistors (OECTs) are a promising building block for bioelectronic devices such as sensors and neural interfaces. While the majority of OECTs use simple planar geometry, there is an interest in exploring how these devices operate with much shorter channels on the submicron scale. In this thesis I show a practical route towards minimization of channel length of the transistor using traditional photolithography, enabling a large scale utilization. The fabrication of such transistors using two types of conducting polymers is described here. The first type is a commercial solution-processed spin-coated poly(dioxyethylenethiophene):poly(styrene sulfonate) PEDOT:PSS. The short channel length is exploited to support easy in situ electropolymerization of poly(dioxyethylenethiophene):tetrabutyl-ammonium hexafluorophosphate PEDOT:PF\textsubscript{6} and other counter-ions. I further explore OECT application on a flexible substrate, while also researching conductive polymer based electrochemical sensors. Then, OECT alternatives are discussed, for applications where higher speed is required. A durable electrode material in form of titanium nitride is introduced, together with a chemically stable encapsulation material - aluminium nitride in combination with Parylene-C. Finally, manuscripts dedicated to microfluidics are presented with the aim of directing research and development into the area of lab-on-chip technologies, which implement sensors into microfluidics and thus form an important diagnostic area.

Keywords:

Organic electrochemical transistors, microfabrication, electrochemical polymerization, conductive polymers, flexible device, microfluidics, sensors

Date of defence

10.12.2025

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Disertační práce Ing. Brodského se zaměřuje na originální výzkum v oblasti organických elektrochemických tranzistorů (OECT), zejména na jejich materiálové modifikace a možnosti využití v senzorových aplikacích až po jejich aplikaci v komplexním řešení typu lab-on-chip. Téma disertační práce je mimořádně aktuální, neboť organické elektrochemické tranzistory (OECT) představují jednu z nejprogresivnějších oblasti současné bioelektroniky. Zvolený směr výzkumu je plně v souladu s aktuálními trendy v oblastech elektrotechniky a elektrosenzoriky. Stanovené cíle byly také splněny. Výsledky práce mají významný dopad na rozvoj oboru organické bioelektroniky i potenciál pro praktické uplatnění. Vyvinuté technologie umožňují realizaci biokompatibilních implantovatelných senzorů, flexibilních diagnostických zařízení a integraci OECT do mikrofluidních systémů typu lab-on-chip. Z práce je patrné, že dosažené výsledky přispívají k posílení mezinárodní pozice českých výzkumných institucí v oblasti bioelektroniky a materiálového inženýrství. V průběhu obhajoby student prokázal hluboké znalosti ve zkoumané problematice. Na dotazy oponentů a dalších členů komise odpověděl výborně.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Advanced Materials and Nanosciences (CEITEC-AMN-CZ-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda)
doc. Ing. Jana Drbohlavová, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Tomáš Syrový, Ph.D. (člen)
Mgr. Petr Jakubec, Ph.D. (člen)
Ing. Alexandr Otáhal, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D.

viz posudek v pdf.
File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 127,71 kB

Reviewer’s report
Mgr. Petr Jakubec, Ph.D.

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 131,22 kB

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 182,11 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová