Ученые из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН разрабатывают сверхчувствительные нанопроволочные сенсоры, которые обладают способностью продолжительное время функционировать в биологических жидкостях. С помощью технологии атомно-слоевого осаждения нанометровых пленок high-k-диэлектриков исследователи обеспечивают долговременное выживание и многократное использование этих устройств в биожидкостях. Статья об этом опубликована в журнале Solid-State Electronics.
«Главный исходный материал, из которого мы изготавливаем нанопроволочные сенсоры, — это кремний на изоляторе, или КНИ-структуры. При изготовлении КНИ-структур мы используем собственную технологию dele cut, отличающуюся от известной технологии smart cut, которую изобрел Мишель Брюэль из организации CEA-Leti. КНИ-структура — это кремниевая подложка стандартной толщины, затем идет слой диэлектрика и далее монокристаллический слой кремния: оба толщиной от двух нанометров до двух микрометров. Такие структуры мы делаем самостоятельно в нашей лаборатории. Процесс производства достаточно сложный: необходимы особо чистые помещения, строгие требования к чистоте воды, жидкостей, воздуха и химикатов, сотрудники работают в комбинезонах», — рассказывает заведующий лабораторией физических основ материаловедения кремния ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Владимир Павлович Попов.
Детектор — образец готового устройства, в основе которого лежит полевой двухзатворный транзистор с двумя асимметричными по толщине изоляторами около 1 и около 1 000 нанометров. Он представляет собой универсальную платформу для молекулярных сенсоров с множеством чувствительных элементов, встроенной схемой управления и ячейкой для биожидкости. Предварительно на поверхность нанометрового изолятора — молекулярного затвора, наносятся антитела или олигонуклеотиды — «ключи» или «отмычки» к различным ДНК и белкам: вирусам, антигенам онкологических заболеваний и другим. Далее в ячейку для жидкости поступает раствор с частицами, которые нужно выловить. Антитела реагируют только с определенными антигенами, и в результате этого соединения меняются электронные свойства частиц. Частица, которую вылавливает сенсор, здесь служит виртуальным затвором, тогда как потенциал подложки контролирует оптимальную чувствительность сенсора, увеличивая электрический сигнал от тысячи до десятков миллионов раз.
Основной задачей последних исследований сибирских физиков является разработка сенсоров, которые смогут продолжительное время работать в биожидкостях. Ученые применяют технологию high-k-диэлектрика, подразумевающую использование диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью. Это означает, что электроника при контакте с биожидкостью начинает деградировать медленнее и без потери чувствительности. «В ранних разработках в качестве диэлектрика мы использовали диоксид кремния, но в последней работе решили попробовать диоксиды алюминия и гафния: они плотнее диоксида кремния и показывают лучшую устойчивость в растворах, которые по свойствам похожи на плазму крови. А для увеличения чувствительности сенсора мы использовали около 50 параллельных нанопроволок для увеличения площади восприимчивой поверхности», — поясняет В. П. Попов.
Ученые ИФП СО РАН тесно работают с московскими НИИ биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича и Физико-технологическим институтом им. К. А. Валиева РАН. Подобными исследованиями сибирские физики занимаются с 2007 года. «Поскольку есть интерес к нашим исследованиям и со стороны научных организаций, и со стороны коммерческих, мы уверены, что работа в этом направлении будет развиваться. В итоге мы получим устройство, пригодное для медицинского применения не только in vitro, но и in vivo», — рассказывает В. П. Попов.
Управление по пропаганде и популяризации научных достижений СО РАН
Нет комментариев