Nuevos materiales mejoran la integración del laboratorio en un chip
Las nanoantenas integradas en chips de silicio se pueden utilizar para identificar la presencia de moléculas específicas a modo de dispositivos de diagnóstico médico, para la detección de explosivos o para identificar sustancias contaminantes en el medio ambiente. Cada molécula tiene su propio conjunto de frecuencias de vibración, una «huella» que se puede detectar iluminando una sustancia con luz infrarroja. Los objetos metálicos conductores de tamaño nanométrico actúan como antenas que capturan y focalizan la luz para amplificar la señal generada por cantidades ínfimas de moléculas. En la actualidad, estas antenas nanométricas se fabrican con metales, por lo general oro, debido a sus propiedades conductoras excelentes. Ahora, el grupo de científicos del proyecto GEMINI (Germanium mid-Infrarred Plasmonics for Sensing), financiado por la Unión Europea, ha estudiado el uso de materiales nuevos, como el germanio, que está próximo al silicio en la tabla periódica, para sustituir al oro en la detección en el infrarrojo. En el consorcio participaron el Politecnico di Milano y la Universidad de Roma La Sapienza (Italia), la Universidad de Glasgow (Reino Unido) y la Universidad de Constanza (Alemania). «El germanio es un semiconductor totalmente compatible con los procesos de fabricación basados en el silicio», explica el coordinador del proyecto, Paolo Biagioni, profesor asociado de física del Politecnico di Milano (Italia) y experto en plasmónica, el campo de la ciencia donde se utilizan metales para obtener sistemas de antenas nanométricas para captar luz. El objetivo último consiste en integrar los dispositivos de detección automática de sustancias perjudiciales utilizando biosensores integrados en laboratorio en un chip. No obstante, puesto que las antenas metálicas no son totalmente compatibles con los procesos habituales de fabricación en silicio, no se pueden integrar del todo con las líneas de fabricación de chips semiconductores de silicio para lograr procesos de fabricación de bajo coste. Imitar los metales Sin embargo, «si diseñamos un material semiconductor, como el germanio, utilizando lo que los científicos llaman ”dopaje”, que consiste en añadir especies atómicas dentro del material, en nuestro caso el fósforo, podemos lograr que el semiconductor se comporte como un metal a las frecuencias ópticas», explica el profesor Biagioni. Aunque conseguir esto es difícil en el espectro de la luz visible, «gracias a este proyecto, ahora es posible obtener semiconductores que imitan a los metales en el infrarrojo», añade. Las obleas de silicio que se utilizan en el sector de la microelectrónica se recubren con una lámina delgada de germanio «dopada» y, a continuación, se graban nanoantenas en la capa de germanio. «Hemos conseguido valores récord en los niveles de dopaje del germanio —explica—, así que ahora podemos decir con seguridad que es una alternativa viable a los metales para fabricar antenas para el infrarrojo». Aplicaciones de detección La detección en el infrarrojo medio se puede utilizar para gases atmosféricos o para analitos en una solución con una especificidad molecular elevada. Aunque el proyecto GEMINI se dedicó muy especialmente a la investigación fundamental, no dirigida a construir dispositivos de detección específicos, el equipo prestó atención a dos aplicaciones principales: la detección de simuladores de explosivos en forma líquida y la detección de cadenas de ADN en una solución. En el apartado de los explosivos, el equipo alcanzó la fase de prueba de concepto. «En el caso de detección de ADN, con luz infrarroja se pueden distinguir distintos tipos de variedades de ADN entre sí. Por ejemplo, hay ADN de hélice simple o hélice doble, y es necesario detectar la concentración relativa de ambos», explica. Esto podría tener aplicaciones muy interesantes en dispositivos de diagnóstico médico en un chip y para la detección de algunos contaminantes ambientales.
Palabras clave
GEMINI, sensores, nanotecnología, diagnósticos, medio ambiente, microchip, salud
