1
TechnologickTechnologickéé
aspektyaspekty biosensorbiosensorůů
technikytechniky pro masovou produkci (bio)pro masovou produkci (bio)sensorsensorůů
SSíítotisktotisk
ssíítotisk (totisk (screen printingscreen printing) vych) vycháázzíí z elektronickz elektronickéé technologie tlusttechnologie tlustéé vrstvyvrstvy
vvlastnlastníí postup je obdobný jako ppostup je obdobný jako přři tisku grafických listi tisku grafických listůů;; nna nosnoua nosnou
podlopodložžku se tiskem pku se tiskem přřes matrici postupnes matrici postupněě nannanášíáší rrůůznznéé pastovitpastovitéé vrstvy,vrstvy,
kterkteréé po vytvrzenpo vytvrzeníí vytvvytváářříí jednotlivjednotlivéé elementyelementy biosensorubiosensoru
pasty jsou smpasty jsou směěssíí prprášáškovitkovitéého materiho materiáálu konelu koneččnnéé vrstvy (vrstvy (napnapřř.. smsměěss
prprášáškuku z grafituz grafitu a pojiva) a rozpoua pojiva) a rozpouššttěědla, aby se zdla, aby se zíískala viskskala viskóóznzníí tekuttekutáá
pastapasta
Sítotisk
nosný rám matrice
pohyblivá stěrka
pasta
nosný substrát
přenos pasty přes matrici
na podklad
síťka s motivem
2
SSíítotiskovýtotiskový strojstroj
(manu(manuáálnlníí))
matricematrice
posuvnýposuvný
stolekstolek
ststěěrkarka
SSíítotiskovtotiskovéé ssensorensoryy
(keramický podklad)(keramický podklad)
produkty firmy BVTprodukty firmy BVT
Technologies (Brno)Technologies (Brno)
3
SSíítotiskovtotiskovéé ssensorensoryy
(plastový podklad)(plastový podklad)
BVT TechnologiesBVT Technologies
Univ. FlorencieUniv. Florencie
SSíítotiskovtotiskovéé ssensorensoryy
(slo(složžititěějjšíší struktury)struktury)
CRL (Londýn)CRL (Londýn)
4
SSíítotisktotisk
relativnrelativněě jednoduchjednoducháá a levna levnáá technologie, poutechnologie, použžitelnitelnáá ii
v laboratornv laboratorníím mm měřěříítku (pozor na ptku (pozor na přřííliliššný optimismusný optimismus –– ddůůleležžititéé jeje
i knowi know--how)how)
šširokirokáá dostupnost tiskových past, vhodných i pro nandostupnost tiskových past, vhodných i pro nanášášeneníí
enzymenzymůů (pasty na vodn(pasty na vodnéé bbáázi, event. UV polymerizovatelnzi, event. UV polymerizovatelnéé))
„„rozlirozliššenení“í“ cca 1cca 1 µµmm
vyuvyužžíívváán i pro komern i pro komerččnníí výrobu biosensorvýrobu biosensorůů pro mpro měřěřeneníí glukosyglukosy
BST Biosensors (Berlin)BST Biosensors (Berlin)
automatickautomatickéé nannanášášeneníí
enzymuenzymu
RuRuččnníí nannanášášeneníí biovrstevbiovrstev
cca 1cca 1 µµl kapka na elektrodul kapka na elektrodu
o pro průůmměěru 1 mmru 1 mm
5
LitografieLitografie
techniky ptechniky přřenosu kopie výchozenosu kopie výchozíího motivu (ho motivu („„master patternmaster pattern““) na) na
povrch pevnpovrch pevnéého materiho materiáálulu
tenkovrstvtenkovrstváá technologie nejen pro výrobu ztechnologie nejen pro výrobu záákladnkladníího chemickho chemickééhoho
sensorusensoru, ale i mikroanalytických syst, ale i mikroanalytických systéémmůů, jak, jakéési miniaturnsi miniaturníí
laboratolaboratořře na povrchue na povrchu ččipuipu
zzáákladnkladníímm materimateriáálem je klem je křřememíík (k („„silicon wafersilicon wafer““))
FotorezistFotorezist
modifikovaný materimodifikovaný materiáál se pokryjel se pokryje
tenkou vrstvou fotocitlivtenkou vrstvou fotocitlivééhoho
materimateriáálulu -- fotorezist (spinfotorezist (spin--coating)coating)
ten se pak osvten se pak osvěětltlíí ppřřes maskues masku
nesoucnesoucíí žžáádaný motivdaný motiv
fotorezistfotorezist –– pozitivnpozitivníí nebo negativnnebo negativníí
6
LitografieLitografie
schschéémama
pracovnpracovnííhoho
postupupostupu
křemíkový substrát
termální oxidace
(vznik SiO2)
nanesení fotorezistní
vrstvy
osvit přes masku –
definování tvaru
vyvolání
nanesení vrstvy
(kov, izolace,
biovrstva, membrána,
…)
odstranění fotorezistu
odleptání SiO2
leptání křemíku
Litografie
Emerging:Emerging: softsoft litographylitography
7
Soft lithography:Soft lithography:
microcontactmicrocontact printingprinting
SoftSoft lithography:lithography: micromoldingmicromolding
8
Subtractive techniquesSubtractive techniques
EtchingEtching
Focused Ion Beam (FIB)Focused Ion Beam (FIB)
millingmilling (metal ions, e.g.(metal ions, e.g. GaGa))
Laser machiningLaser machining
(short,(short, ultrashortultrashort, long pulses), long pulses)
Ultrasonic drillingUltrasonic drilling
(25(25 µµm amplitude at 20m amplitude at 20--100 kHz, stress free in brittle materials)100 kHz, stress free in brittle materials)
Traditional precision machiningTraditional precision machining
Chemical/physical removal of a material from a
substrate
EtchingEtching
wet etching
(attacco chimico)
dry etching
9
SrovnSrovnáánníí technologitechnologiíí
Material scienceMaterial science -- combinatorial approachcombinatorial approach
Imagine and Define
A new material with desired characteristics and qualities is defined.
Select Likely Elements
From the whole Periodic Table, a chemist selects the combination of elements most likely to yield the desired
material.
Create a library
Using robots and other automated devices, a library composed of thousands of different chemical combinations
is rapidly created.
Process in Parallel
The library is an example of parallel processing, allowing up to 25,000 variations of material to be tested at one
time.
Process
Processing can include any number of variables, including heat, high or low pressure, and time.
High Throughput Analysis
The library is screened by detectors that quickly scan various optical, magnetic, electrical, or other
chemical/physical properties of a material, and the results are entered into a massive database.
Discovery and Information
Our scientists apply this analysis to identify the most successful new materials and the process used to produce
them.
10
MEMSMEMS
11
LAB on a chip /LAB on a chip / µµTASTAS
LabLab--onon--aa--ChipChip
stejnstejnéé čči podobni podobnéé procesyprocesy
jako v makrojako v makro--mměřěříítku, aletku, ale
odliodliššnnáá technologietechnologie
aktivnaktivníí komponentykomponenty
–– mmiikkropumpropumpyy
–– mimikkrovroventilyentily
–– mimikkroro(bio)(bio)sensorsensoryy
–– mimikkromromííchachaččee
–– mimikrorkroreaeakktortoryy
12
Silicon Mirror and Drive System
mirror design, driven by a three gear torque increasing system.
Pop-up Silicon Mirror
Comb drive forces propel a linear rack, which pushes and pulls on a hinged sheet of silicon. A HeNe optical-band (red) laser is
focused at an angle such that at full extension, the coherent light is reflected onto the microscope camera.
13
MicrofluidicsMicrofluidics
- popisuje průtočný systém s rozměry v oblasti mikrometrů; zahrnuje
miniaturní zařízení zajišťující pohyb, míchání, filtrování, zahřívání/chlazení
a reakce roztoků činidel, případně včetně suspendovaných částic
Výhody
• úspora činidel, vzorků, rozpouštědel, méně odpadu
• zvýšená prostupnost - řada reakcí běží rychleji,
paralelní zpracování
• přesná geometrie pracovního prostoru - dávkování,
uzavřeno - lze používat labilní reagencie, pracovat
s nebezpečnými látkami za normálních podmínek
• lepší kontrola reakcí - čistší produkty
• rychlé ustavení požadované teploty kapalin a reaktorů
• malá velikost - úspora pracovního prostoru
• robustnost
14
Scanning ProbeScanning Probe LLithographyithography
Self assembled monolayer of PTCDA (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic
dianhydride)
AFM dip pen lithographyAFM dip pen lithography
http://www.chem.nwu.edu/~mkngrp/dippen.html
15
LitografieLitografie
tenkovrstvtenkovrstváá technologie nejen pro výrobu ztechnologie nejen pro výrobu záákladnkladnííhoho
chemickchemickééhoho sensorusensoru, ale i mikroanalytických syst, ale i mikroanalytických systéémmůů,,
jakjakéési miniaturnsi miniaturníí laboratolaboratořře na povrchue na povrchu ččipuipu
zzáákladnkladníímm materimateriáálem je klem je křřememíík (k („„silicon wafersilicon wafer““))