Ученые Московского государственного университета (МГУ) и Физико-технологического института РАН (ФТИАН) предложили использовать слой оксида гафния для защиты нанопроводниковых биосенсоров от разрушения в биологических жидкостях. Исследование опубликовано в журнале Moscow University Physics Bulletin.
Как отмечают разработчики, современная медицина остро нуждается в быстрых, точных и доступных методах ранней диагностики. Одной из самых перспективных технологий считаются биосенсоры на основе полевых транзисторов с кремниевым каналом в виде нанопровода. Они способны обнаруживать биомаркеры рака с ультравысокой чувствительностью — вплоть до отдельных молекул. Однако их широкому практическому применению мешает проблема биодеградации кремния в жидких средах, таких как кровь или сыворотка, что приводит к дрейфу сигнала и выходу устройства из строя.
Представьте себе сверхчувствительный микрофон, который вы пытаетесь использовать во время сильного ливня. Поток воды искажает все полезные звуки, а сам микрофон ломается. Примерно так же ведет себя и наш сенсор в агрессивной электролитной среде. Наша задача — создать для такого «микрофона» надежный ветрозащитный экран, который не исказит звук.
В качестве защиты для нанопровода ученые предложили использовать ультратонкое покрытие из оксида гафния (HfO₂). Этот материал, широко применяемый в микроэлектронике, обладает уникальным сочетанием свойств: он химически очень инертен, обладает высокой диэлектрической проницаемостью и является отличным изолятором.
Исследователи наносили слой HfO₂ толщиной в несколько нанометров на поверхность кремниевых нанопроводов с помощью метода атомно-слоевого осаждения. Это позволило увеличить физическую толщину защитного слоя без ухудшения сенсорных свойств устройства.
Для проверки эффективности метода ученые провели сравнительные испытания сенсоров с традиционным покрытием из оксида кремния (SiO₂) и с новой защитой из HfO₂. Последние продемонстрировали стабильность работы в кислотных и щелочных растворах, имитирующих различные биологические жидкости. Важно, что удалось минимизировать образование дефектов и зарядовых ловушек на границе раздела материалов, которые могли бы снизить чувствительность.
Внедрение новой технологии позволит создавать компактные, надежные и долговечные диагностические системы для экспресс-обнаружения маркеров опасных заболеваний на самых ранних стадиях. Подобные устройства можно будет использовать в пунктах оказания медицинской помощи, что сделает сложные лабораторные анализы доступными и быстрыми.
Ранее Наука Mail писала о том, как лазеры с новой архитектурой повысят точность лечения рака.
