Mikroczujniki zintegrowane w chipie
Ostatnie postępy w technologii mikroobróbki krzemu pozwoliły odkryć nowe zastosowania mikro- i nanonarzędzi. Dźwignie sprężyste o długości i grubości rzędu dziesiątek mikrometrów jawią się jako najbardziej obiecująca klasa czujników biologicznych. Dzięki ich wewnętrznej elastyczności, w połączeniu z dostępnymi zaawansowanymi technikami monitorowania odkształceń, stały się one uniwersalnym narzędziem do rozpoznawania molekularnego i biomolekularnego. Dźwignie sprężyste poddane mikroobróbce mogą rozpoznać białka z wyjątkową precyzją, a także wykryć niewielkie ilości materiałów, szczególnie takich jak bakterie chorobotwórcze. Skierowane systemy mikro- i nano-elektro-mechaniczne również wykorzystano jako detektory układu immunologicznego i wielofunkcyjne detektory biologiczne. Ostatecznym celem projektu BIOFINGER było zintegrowanie matryc dźwigni sprężystych na jednym chipie z układami elektronicznymi przetwarzającymi sygnał, a przez to udoskonalenie urządzenia. Dokładniej, podejście matrycowe zostało przyjęte przez naukowców ze szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologicznego, aby umożliwić równoległe badanie różnych analitów i przyśpieszenie analizy. Rezonansowy układ dźwigni sprężystych składa się z czterech równomiernie rozmieszczonych dźwigni sprężystych, w których zintegrowano odczytany schemat, aby zapewnić pełną niezależność działania. Rezonujące dźwignie sprężyste są aktywowane przez pole elektromagnetyczne generowane przez magnes trwały i prąd przemienny przepływający przez metalową pętlę. Wiązanie analitów zmienia właściwości mechaniczne dźwigni sprężystej, co zostaje wykryte przez piezorezystory lub tranzystory wrażliwe na naprężenia, rozmieszczone w układzie mostku Wheatstone'a. Dźwignie sprężyste działają jako elementy określające częstotliwość w obwodzie drgań zwrotnych z licznikiem. System małowymiarowego czujnika pomiarowego został opracowany przy użyciu techniki mikroprodukcji oraz w szczególności technologii uzupełniającego metal-tlenek-półprzewodnika (CMOS). Aby przygotować czujnik biologiczny do pracy w trudnych warunkach, dla których został opracowany, konieczne było przetwarzanie końcowe i opakowanie chipa CMOS. Najpierw zastosowano epoksydy, aby ustabilizować wiązania na chipie, a następnie użyto polidimetylosiloksanu (PDMS), aby odizolować je od środowiska ciekłego.Czułość systemu pomiarowego oceniono umieszczając powleczone dźwignie sprężyste w próbkach płynu o różnym stężeniu antygenu gruczołu krokowego, gdzie wykrywane były ilości poniżej 10ng/ml.
