Levnejsí a presnejsí biosenzor s novou sklenenou známkou

V budoucnosti muze být technologie mikrocipu dostatecne pokrocilá, aby umoznila lékarum provádet testy, napríklad oddelení specifických molekul, jako jsou rakovinové bunky v raném stádiu, za doslova stovky nemocí pomocí pouhé jedné kapky krve. Výroba takových konstrukcí "cipových laboratorí" je technicky nárocná, casove nárocná a drahá, protoze zahrnuje sestavení drobných integrovaných diagnostických cidel na plochách o malém poctu ctverecních centimetrech. Nová technika je uvedena v on-line vydání casopisu 21. zárí Nanotechnologie.
Vysetrovatelé na MIT nyní vyvinuli jednoduchou metodu, která je presná, reprodukovatelná a je úspora casu a nákladu pri výrobe takových senzoru. Nicholas Fang, profesor strojírenství, vytvoril metodu gravírování, vyrobenou z drobných bodu mensích nez jedna stovka sírky lidského vlasu, která na kovových povrsích vyrezává miniaturní, nanometrické vzory pomocí malé, napetove aktivované razítka vyrobené ze skla. Vysvetluje, ze rytiny pusobí jako optické antény a mohou identifikovat jednu molekulu tím, ze zvednou svou specifickou vlnovou délku.
Fang, vysvetluje:

"Pokud jste schopni vytvorit optickou anténu s presnými rozmery ... muzete je pouzít k oznamování provozu v molekulárním merítku."

Prekázky na trhu

Tato nová metoda muze pomoci vysetrovatelum vycistit velkou prekázku pri výrobe laboratore na cipu: obzvláste zvetsování. V soucasné dobe výzkumníci vyrábejí nanosenzory pomocí elektronové paprskové litografie, nicméne tato technika, která vyuzívá zamerený paprsek elektronu pro pomalé vyrezávání vzorku na kovové povrchy, je nákladná a casove nárocná. Ackoli je metoda velmi presná, stojí i znacná cástka. Podle spolecnosti Fang je bezné, ze firmy pronajmou takové zarízení za 200 dolaru za hodinu. Výroba sesti milimetrového ctvercového vzoru obvykle trvá priblizne pul dne a Fang odhaduje, ze pokud by se tyto snímace dostaly na trh, stály by více nez 600 dolaru za kus.
Fang ríká:

"Nikdo nechce cipy tak drahé, biologické testy hledají neco, co je levná, ale spolehlivá, a to vylucuje nekteré z drahsích a drahsích technologií."

Ackoli to muze také vyloucit nekteré dnes vyvinuté technologie, které jsou levnejsí. Napríklad jinou metodou je nanoimprint litografie, tato technika je jednoduchý proces s nízkými náklady, pri kterém je lisovatelný polymer pritlacován na vzorec hlavního obvodu. Kdyz je polymer vystaven UV zárení, vytvrzuje. Pak se odloupne od hlavního okruhu a vytvorí se forma, která muze být naplnena kovovým substrátem, aby se vytvorila replika puvodního vzoru. Zpravidla vysetrovatelé vypláchnou formu, aby izolovali cerstvý kovový vzor.
Podle Fanga, ackoli tato technika je levná, muze být také nepresná, nebot nekdy polymerní materiál presne neodpovídá puvodnímu vzoru, muze to mít za následek, ze forma bude mít záhyby, hrbolky a dalsí nedokonalosti, stejne jako formy, které nejsou presne stejný jako originál. Vzhledem k tomu, ze vysetrovatelé umývají polymerní formu pryc, potrebují pro výrobu dalsích kopií více materiálu.

Inspirace od skláru

Spolu se svými kolegy prisli s metodou, která by mohla potenciálne vyresit problémy, které ostatní technologie stojí, presnost a reprodukovatelnost. Jejich prístup je podobný nanoimprintové litografii, ale místo polymeru pouzívají sklo jako tvarovací materiál.
Fang vysvetluje:

"Byl jsem inspirován sklenickami, kterí skutecne pouzívají své dovednosti k výrobe lahví a kádinek. Prestoze si myslíme, ze je sklo jako krehké, v roztaveném stavu je ve skutecnosti velmi mekká a mekká a muze rychle a hladce tvarovat ze je to ve velkém merítku, ale úzasne to funguje velmi dobre i v malém merítku, pri velmi vysoké rychlosti. "

Tým se rozhodl najít sklenený materiál, který by splnoval jejich pozadavky, objevili dokonalého kandidáta ve forme superionického skla. Tato forma skla je cástecne slozena z iontu, které pri cerpání napetím mohou být elektrochemicky aktivovány.
Po naplnení malých injekcních stríkacek se sklenenými cásticemi pak zahrívají jehlu, aby se sklo uvnitr roztavilo. Po roztavení se roztavené sklo stlacilo na hlavním vzorku, který vytvoril formu, která pri ochlazení vytvrdila. Následne pritlacili nove vyrobenou formu na plochý stríbrný substrát a nanásely malý, 90 milivoltový elektrický potenciál nad stríbrnou vrstvu. Tyto stimulované ionty na obou povrsích, které spustily sklárskou formu k vyrezávání do kovového substrátu.
Mohli vytváret vzory drobných bodu sirokých 30 nanometru ve tvarech obdélníku, trojúhelníku a hrave i iontových sloupcu v rozlisení mnohem presnejsí nez nanoimprint litografie.
Fang rekl: "Vy skoncíte s lepsím rezem a máme razítko, které lze opakovane pouzít."
Prestoze Fang chápe, stále existují nákladové bariéry pro tuto techniku, nebot stále vyzaduje pouzití velkého kovového vzoru, který se provádí drahou litografií. Zduraznuje, ze je zapotrebí pouze jeden vzor a jedna sklenená známka, aby bylo mozné vyrábet celou radu stejného senzoru, coz by mohlo potenciálne prinést velkou výrobu blíze realite.
Fang vysvetluje:

"S tímto razítkem mohu reprodukovat mozná desítky stovek techto senzoru a kazdý z nich bude témer totozný. Takze to je pro nás fascinující pokrok a dovoluje nám tisknout efektivnejsí antény."

Napsal Grace Rattue