Biosenseur moins cher et plus précis avec nouveau tampon en verre

À l'avenir, la technologie de la micropuce pourrait être suffisamment avancée pour permettre aux cliniciens d'effectuer des tests, par exemple, en séparant des molécules spécifiques comme les cellules cancéreuses au stade précoce, pour littéralement des centaines de maladies en n'utilisant qu'une goutte de sang. Cependant, la fabrication de ces conceptions de "laboratoires de puces" est une tâche techniquement difficile, longue et coûteuse, car elle implique l'assemblage de minuscules ensembles de capteurs de diagnostic intégrés sur des surfaces aussi petites qu'un centimètre carré. La nouvelle technique est rapportée dans l'édition en ligne du 21 septembre du journal Nanotechnologie.
Les enquêteurs du MIT ont maintenant mis au point une méthode simple, précise, reproductible et économique pour la fabrication de tels capteurs. Nicholas Fang, professeur agrégé de génie mécanique, a créé une méthode de gravure composée de minuscules points inférieurs au centième de la largeur d'un cheveu humain, qui sculpte des motifs miniatures de taille nanométrique sur des surfaces métalliques à l'aide d'un petit tampon activé par tension. en verre. Il explique que les gravures agissent comme des antennes optiques et peuvent identifier une seule molécule en captant sa longueur d'onde spécifique.
Fang, explique:

"Si vous êtes en mesure de créer une antenne optique avec des dimensions précises, vous pouvez les utiliser pour signaler le trafic à l'échelle moléculaire."

Obstacles à la commercialisation

Cette nouvelle méthode peut aider les enquêteurs à lever un obstacle majeur dans la fabrication de laboratoires sur puce: en particulier, la mise à l'échelle. Actuellement, les enquêteurs fabriquent des nanocapteurs en utilisant la lithographie par faisceau d'électrons. Cependant, cette technique qui utilise un faisceau d'électrons focalisé pour graver lentement des motifs sur des surfaces métalliques est coûteuse et prend du temps. Bien que la méthode soit extrêmement précise, elle coûte aussi beaucoup. Selon M. Fang, il est normal que les entreprises louent ce matériel pour 200 dollars de l'heure. Pour fabriquer un motif de six millimètres carrés, il faut environ une demi-journée et Fang estime que si ces capteurs devaient être commercialisés, ils coûteraient plus de 600 dollars chacun.
Fang dit:

"Personne ne veut des puces aussi chères. Les tests de biologie recherchent quelque chose de bon marché mais fiable. Et cela exclut certaines des technologies plus chères et plus chères."

Bien que cela puisse également exclure certaines technologies en cours de développement qui sont moins chères. Par exemple, une autre méthode utilisée est la lithographie par nano-impression, cette technique est un procédé simple et peu coûteux dans lequel un polymère moulable est pressé sur un motif de circuit maître. Lorsque le polymère est exposé à la lumière UV, il durcit. Il est ensuite détaché du circuit maître et crée un moule pouvant être rempli avec un substrat métallique pour créer une réplique du motif d'origine. Habituellement, les enquêteurs lavent le moule afin d'isoler le nouveau motif métallique.
Selon M. Fang, bien que cette technique soit peu coûteuse, elle peut aussi être imprécise, car le matériau polymère ne s’ajuste pas toujours exactement au motif original, ce qui peut entraîner des bosses, des bosses et d’autres imperfections, ainsi que des moules peu précis. le même que l'original. Parce que les enquêteurs lavent le moule en polymère, ils doivent utiliser plus de matériel pour fabriquer des copies supplémentaires.

Inspiration des souffleurs de verre

Ensemble avec ses collègues, ils ont mis au point une méthode qui pourrait potentiellement résoudre les problèmes que d'autres technologies entraînent coût, précision et reproductibilité. Leur approche est similaire à la lithographie par nano-impression, mais au lieu du polymère, ils utilisaient le verre comme matériau de moulage.
Fang explique:

"Je me suis inspiré des souffleurs de verre, qui utilisent leurs compétences pour former des bouteilles et des gobelets. Même si nous considérons le verre comme fragile, au stade de la fusion, il est en fait très malléable et souple. moule en plâtre. C'est à grande échelle, mais étonnamment, cela fonctionne très bien à petite échelle aussi, à très grande vitesse. "

L’équipe s’est attachée à trouver un matériau vitreux qui répondrait à leurs besoins, ils ont découvert le candidat idéal sous une forme de verre superionique. Cette forme de verre est composée en partie d'ions qui, lorsqu'ils sont pompés en tension, peuvent être activés électrochimiquement.
Après avoir rempli de petites seringues de particules de verre, elles ont ensuite chauffé l'aiguille afin de faire fondre le verre à l'intérieur. Une fois fondu, le verre fondu a ensuite été pressé sur un motif principal en formant un moule qui a durci une fois refroidi. Après cela, ils ont pressé le nouveau moule sur un substrat plat en argent et appliqué un petit potentiel électrique de 90 millivolts au-dessus de la couche d'argent. Cela a stimulé les ions sur les deux surfaces, ce qui a provoqué le taillage du moule en verre dans le substrat métallique.
Ils ont pu créer des motifs de minuscules points de 30 nanomètres de largeur, dans des formes de rectangles, de triangles et, de façon ludique, une colonne ionique, à une résolution beaucoup plus précise que la technique de lithographie par nano-impression.
Fang a déclaré: "Vous vous retrouvez avec une meilleure coupe. Et nous avons un timbre qui peut être réutilisé plusieurs fois."
Même si Fang comprend qu’il ya encore des obstacles au coût de cette technique, il faut toujours utiliser un motif métallique principal, réalisé grâce à une lithographie coûteuse. Il souligne qu'un seul modèle principal et un seul tampon de verre sont nécessaires pour produire en série une ligne complète du même capteur, ce qui pourrait potentiellement rapprocher la production à grande échelle de la réalité.
Fang explique:

"Avec ce timbre, je peux reproduire des dizaines de centaines de ces capteurs, et chacun d'entre eux sera presque identique. C'est donc un progrès fascinant pour nous et nous permet d'imprimer des antennes plus efficaces."

Écrit par Grace Rattue