Egyetlen vércsepp is elég
Üvegbélyegzőből készülhetnek az olcsóbb és precízebb bioérzékelők
A mikrocsipes technológia egyszer talán lehetővé teszi az orvosoknak, hogy betegségek százainak vizsgálatát – kiszűrve a specifikus molekulákat, mint például a korai stádiumban lévő ráksejteket – egyetlen vércseppből végezzék el.
Az ilyen egycsipes laborok (lab-on-a-chip) – apró, akár négyzet-centiméternyi felületen elhelyezkedő integrált diagnosztikai érzékelőtömbök – készítése technológiailag nagy kihívás, időigényes és nagyon drága. Most a Massachusettsi Műszaki Egyetem (Massachusetts Institute of Technology, MIT) egyik kutatója kollégáival olyan egyszerű, pontos és reprodukálható technológiát jelentett be, amely az ilyen érzékelők gyártásának idejét és költségét csökkenti.
A Nicholas Fang és csapata által jegyzett bevésőtechnológia apró, nanoméretű mintákat karcol fémes felületekre kicsi, üvegből készült, feszültségre aktiválódó bélyegzőket használva. Az emberi hajszál vastagságának egy századát sem elérő piciny pontokból álló vésések optikai antennaként működnek, amelyek az egyes molekulákat azok speciális hullámhosszának érzékelésével azonosítják. A kutatók az új gyártási folyamatot a Nanotechnology című folyóirat szeptember 21-ei, online kiadásában jelentették be.
Akadályok a piacra kerülés előtt
Az új üvegbélyegzős módszer segítheti a kutatókat a lab-on-a-chip gyártás egyik nagy akadályának kiküszöbölésében: az arányos nagyításéban. Jelenleg a tudósok nanoszenzorokat elektronsugaras litográfiával készítenek, amely drága és időigényes technológia, és az elektronok fókuszba gyűjtött sugarát használja arra, hogy fémes felületekbe lassan mintákat karcoljon. E folyamat bár extrémpontos, egyben extrémdrága is. De senki sem akar ilyen drága csipeket, a biológiai tesztekhez olcsó, de megbízható eszközre van szükség.
Ez pedig kizár néhány különlegesebb, drágább technológiát. De kizárhat néhány fejlesztés alatt álló olcsóbb technológiát is. Például a nanoimprint litográfia egyszerű, kis költségű folyamat, amelyben egy formázható polimert nyomnak egy vezéráramköri mintára. Ha ezt UV fénynek tesszük ki, a polimer megkeményedik, majd lehámozva a vezéráramkörről olyan öntőformát ad, amelybe fémhordozót töltve az eredeti áramköri minta másolatát készíthetjük el.
A tudósok a polimer öntőformát általában elmossák, hogy elkülönítsék az új fémes mintát. Azonban ez a módszer bár olcsó, de kevésbé pontos. A puha polimer anyag nem feltétlenül illeszkedik pontosan az eredeti mintához, ami dudoros, horpadásos vagy más hibákkal tarkított öntőformákhoz vezethet – és olyan másolatokhoz, amelyek nem egyeznek meg tökéletesen az eredetivel. Mivel a polimer öntőformát elmossák, ezért még több polimer anyagot kell felhasználni, ha további másolatokat akarnak készíteni.
Üvegfúvók ihlették
Fang és kollégái olyan technológiát mutattak be, amely más technológiák költséget, pontosságot és reprodukálhatóságot érintő problémáit is megoldja. A csapat a nanoimprint litográfiához hasonló módszert alkalmazott, de polimer helyett üveget használtak formázóanyagként. Bár az üveget általában törékenynek gondoljuk, megolvadt állapotában képlékeny és puha, és nagyon gyorsan és szabályosan veszi fel a gipszforma alakját. Ez igaz a nagy méretekre, de elképesztő módon nagyon kis méreteken is nagyon jól működik, akár nagyon nagy sebességen is.
Ennek tudatában kerestek olyan üvegszerű anyagot, amely megfelel a követelményeiknek, és az ideális jelöltet a szuperionos üveg egyik típusában találták meg – ez az üvegtípus részben olyan ionokból áll, amelyek elektrokémiailag aktiválódnak, amikor feszültséggel pumpálják őket. A kutatók egy kis fecskendőt töltöttek meg üvegrészecskékkel, majd a tűt úgy felforrósították, hogy a benne lévő üveg megolvadjon. Azután a megolvadt üveget kinyomták a fő mintára, olyan öntőformát teremtve, amely lehűlve megkeményedett.
A csapat ezután az üveg öntőformát egy lapos ezüsthordozóra nyomta, és kicsi, 90 millivoltos elektromos potenciált vezetett az ezüstréteg felé. A feszültség mindkét felületen stimulálta az ionokat, ezáltal kiváltva azt, hogy az üveg öntőforma karcolásokat tegyen a fémhordozón. A csapat képes volt apró pontokból álló, 30 nanométer széles, különféle alakú mintázatokkal mintákat készíteni, a nanoimprint litográfiánál jóval nagyobb felbontásban.
