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[EN] Solution-processed, large-area, and flexible electronics largely relies on the excellent electronic properties of sp(2)-hybridized carbon molecules, either in the form of pi-conjugated small molecules and polymers or graphene and carbon nanotubes. Carbon with sp-hybridization, the foundation of the elusive allotrope carbyne, offers vast opportunities for functionalized molecules in the form of linear carbon atomic wires (CAWs), with intriguing and even superior predicted electronic properties. While CAWs represent a vibrant field of research, to date, they have only been applied sparingly to molecular devices. The recent observation of the field-effect in microcrystalline cumulenes suggests their potential applications in solution-processed thin-film transistors but concerns surrounding the stability and electronic performance have precluded developments in this direction. In the present study, ideal field-effect characteristics are demonstrated for solution-processed thin films of tetraphenyl[3]cumulene, the shortest semiconducting CAW. Films are deposited through a scalable, large-area, meniscus-coating technique, providing transistors with hole mobilities in excess of 0.1 cm(2 )V(-1 )s(-1), as well as promising operational stability under dark conditions. These results offer a solid foundation for the exploitation of a vast class of molecular semiconductors for organic electronics based on sp-hybridized carbon systems and create a previously unexplored paradigm.

The non-covalent affinity of photoresponsive molecules to biotargets represents an attractive tool for achieving effective cell photo-stimulation. Here, an amphiphilic azobenzene that preferentially dwells within the plasma membrane is studied. In particular, its isomerization dynamics in different media is investigated. It is found that in molecular aggregates formed in water, the isomerization reaction is hindered, while radiative deactivation is favored. However, once protected by a lipid shell, the photochromic molecule reacquires its ultrafast photoisomerization capacity. This behavior is explained considering collective excited states that may form in aggregates, locking the conformational dynamics and redistributing the oscillator strength. By applying the pump probe technique in different media, an isomerization time in the order of 10 ps is identified and the deactivation in the aggregate in water is also characterized. Finally, it is demonstrated that the reversible modulation of membrane potential of HEK293 cells via illumination with visible light can be indeed related to the recovered trans -> cis photoreaction in lipid membrane. These data fully account for the recently reported experiments in neurons, showing that the amphiphilic azobenzenes, once partitioned in the cell membrane, are effective light actuators for the modification of the electrical state of the membrane.

Questa tesi si inserisce nel ramo di ricerca della Bioelettronica organica, in particolare l'obiettivo è quello di monitorare per via elettrica la formazione e la rottura di ricoprimenti e barriere cellulari. Queste sono di particolare importanza dal punto di vista biologico per il loro ruolo di protezione e per l'azione regolatrice nel passaggio di ioni e macromolecole necessarie al benessere dell'organo. Per fare questo sono stati utilizzati gli Organic ElectroChemical Transistor (OECT) basati sul polimero organico biocompatibile PEDOT:PSS. Per poter portare a termine questo lavoro il primo passo è stato lo sviluppo di un apparato sperimentale, detto TE-OECT (Tissue Engineering-Organic ElectroChemical Transistor), che permettesse l'acquisizione delle misure a bassa intensità di segnale dall'interno di un incubatore oltre alla trasparenza necessaria all'acquisizione di misure ottiche utilizzate come riferimento. Oltre allo sviluppo, l'ottimizzazione e la calibrazione dei dispositivi e del TE-OECT, è stato sviluppato un programma per l'elaborazione dei dati. Sono state misurate le risposte degli OECT in differenti fasi della crescita di due ricoprimenti cellulari (HeLa e NIH-3T3). Per validare le misure elettriche nelle varie fasi della crescita cellulare sono state acquisite immagini al microscopio dei ricoprimenti studiati. Come ulteriore conferma di quanto osservato è stata utilizzata la Tripsina per provocare il distacco dei ricoprimenti. Sono state eseguite misure elettriche durante il distacco per verificare se fosse possibile monitorare in tempo reale l'integrità dei layer cellulari. Questo tipo di analisi permette di ottenere utili informazioni aggiuntive sullo stato del ricoprimento cellulare e rende possibile svincolare l'efficacia di un agente patogeno o l'efficacia di un enzima utilizzato per il distacco cellulare dalle analisi di tipo ottico.

Questa tesi si inserisce nel ramo di ricerca della Bioelettronica organica, in particolare l'obiettivo è quello di monitorare per via elettrica la formazione e la rottura di ricoprimenti e barriere cellulari. Queste sono di particolare importanza dal punto di vista biologico per il loro ruolo di protezione e per l'azione regolatrice nel passaggio di ioni e macromolecole necessarie al benessere dell'organo. Per fare questo sono stati utilizzati gli Organic ElectroChemical Transistor (OECT) basati sul polimero organico biocompatibile PEDOT:PSS. Per poter portare a termine questo lavoro il primo passo è stato lo sviluppo di un apparato sperimentale, detto TE-OECT (Tissue Engineering-Organic ElectroChemical Transistor), che permettesse l'acquisizione delle misure a bassa intensità di segnale dall'interno di un incubatore oltre alla trasparenza necessaria all'acquisizione di misure ottiche utilizzate come riferimento. Oltre allo sviluppo, l'ottimizzazione e la calibrazione dei dispositivi e del TE-OECT, è stato sviluppato un programma per l'elaborazione dei dati. Sono state misurate le risposte degli OECT in differenti fasi della crescita di due ricoprimenti cellulari (HeLa e NIH-3T3). Per validare le misure elettriche nelle varie fasi della crescita cellulare sono state acquisite immagini al microscopio dei ricoprimenti studiati. Come ulteriore conferma di quanto osservato è stata utilizzata la Tripsina per provocare il distacco dei ricoprimenti. Sono state eseguite misure elettriche durante il distacco per verificare se fosse possibile monitorare in tempo reale l'integrità dei layer cellulari. Questo tipo di analisi permette di ottenere utili informazioni aggiuntive sullo stato del ricoprimento cellulare e rende possibile svincolare l'efficacia di un agente patogeno o l'efficacia di un enzima utilizzato per il distacco cellulare dalle analisi di tipo ottico.