Microsensori integrati su chip
I recenti progressi nella tecnologia di microlavorazione del silicio hanno dato impulso a nuove applicazioni per micro- e nano- strumenti. I fasci di cantilever con lunghezza e spessore nell'ordine di decimi di micrometro si sono dimostrati la classe di biosensori più promettente. La loro intrinseca flessibilità, e la disponibilità di innovative tecniche per il monitoraggio delle piegature, li ha trasformati in versatili strumenti per il riconoscimento molecolare e biomolecolare. I cantilever microlavorati possono riconoscere le proteine con eccezionale sensibilità e rilevare piccole quantità di materiali, in particolare i batteri patogeni. I micro- e nano- sistemi elettromeccanici sono stati usati anche come rilevatori biologici immunospecifici e multifunzionali. Il progetto BIOFINGER si era posto come obiettivo quello d'integrare su un singolo chip gruppi di cantilever e circuiti elettronici per il trattamento dei segnali, migliorando così le prestazioni del dispositivo. Più in particolare, i ricercatori del Federal Institute of Technology svizzero hanno adottato un approccio basato sui fasci per consentire lo screening parallelo di differenti analiti e incrementare la velocità complessiva di analisi. Il sistema risonante include quattro cantilever a eguale spaziatura, con un sistema di lettura integrato che ne permette il funzionamento totalmente autonomo. Il sistema di cantilever risonanti viene azionato dalle forze elettromagnetiche generate da un magnete permanente e dalla corrente alternata che scorre in un loop metallico. Il legame degli analiti modifica le proprietà meccaniche dei cantilever, che possono essere rilevate dalle piezoresistenze, o transistor sensibili allo stress, montati con figurazione di ponte Wheatstone. I cantilever funzionano da elementi di determinazione della frequenza in un circuito oscillatore di feedback, con un contatore. Per ideare il sistema di sensori miniaturizzato sono state usate tecniche di microfabbricazione, e in particolare la tecnologia CMOS (complementary metal-oxide semiconductor). Per preparare il biosensore al difficile ambiente per cui era stato progettato, è stato necessario il post-trattamento e l'incapsulamento del chip CMOS. Per stabilizzare il rivestimento del chip è stato applicato uno strato epossidico, e per isolarlo dall'ambiente liquido è stato usato il PDMS (polidimetilsilossano). La sensibilità del sistema di sensori è stata verificata immergendo i cantilever rivestiti in fluidi campione con concentrazioni variabili di antigene specifico per la prostata, in quantità rilevabile inferiore a 10ng/ml.
