12/01/2017
Door Ad Spijkers
De Universität Ulm heeft in het project Sense-U een innovatieve 'borsteltechniek' ontwikkeld die de weg naar massaproductie van nano-biosensoren effent.
Het klinkt als toekomstmuziek: minuscule halfgeleidende nanodraden bieden als biosensoren gedetailleerd inzicht in afzonderlijke cellen of sporen ziekten zoals kanker in een vroeg stadium op. Dergelijke krachtige sensoren worden in gespecialiseerde laboratoria al gebruikt, maar voor dagelijks gebruik in bijvoorbeeld huisartsenpraktijken is de productie eenvoudig te duur.
Sense-U
De Universität Ulm heeft een 'borsteltechniek' ontwikkeld die de massaproductie van nauwkeurige nanosensoren mogelijk maakt. In het project Sense-U brengt het Institut für Elektronische Bauelemente und Schaltungen aan de universiteit nanosensoren naar de praktijk. Dergelijke sensoren detecteren bijvoorbeeld voor een ziekte specifieke biomarkers.
Het oppervlak van de draden wordt chemisch zodanig veranderd, dat slechts bepaalde moleculen er aan hechten en dan elektrisch zijn aan te tonen. Bovendien kunnen op halfgeleidende silicium nanodraden gebaseerde 'sondes' – die duizend maal dunner zijn dan een menselijke haar – in afzonderlijke cellen worden ingevoerd om cellulaire processen te onderzoeken. Daarbij mag het complexe samenspel in het inwendige van de cellen liefst niet worden verstoord.
Tot nu toe was de productie van zulke sensorsystemen in grote aantallen moeizaam omdat de exacte positie van de afzonderlijke nanodraden – bijvoorbeeld voor de elektrische contacten – nauwelijks kon worden gecontroleerd.
Drukken van contactpunten
De onderzoekers in Ulm hebben een methode verder ontwikkeld waarmee de minuscule draden 'tot in de puntjes' en economisch op een oppervlakte kunnen worden 'geprint'. Daartoe trekken ze een substraat met de nanodraden als een borstel over het te bedrukken oppervlak waarop vooraf – en dat is nieuw –een soort 'lijmpunten' zijn aangebracht. De onderzoekers kunnen daardoor precies bepalen waar de draden blijven plakken en in één gang het contact maken (foto: Eberhardt/Universität Ulm).
Dankzij de vangelementen maakt deze nieuwe en door de oppervlakte gecontroleerde druktechniek een zeer nauwkeurige ordening van nanostructuren mogelijk. Technici kunnen de dichtheid en positie van de draden bepalen en in de toekomst zowel het materiaal van de nanostructuren als de ondergrond kiezen. Zo zijn composteerbare en goedkope bio-nanosensoren voor eenmalig gebruik denkbaar. Bovendien is de techniek willekeurig schaalbaar.
Voor de nieuwe methode is octrooi aangebracht en het instituut is nu op zoek naar een partner in de industrie voor de massaproductie. Hopelijk worden de nauwkeurig geproduceerde sensoren dan op een dag standaard in de diagnostiek ingezet.
Toepasssingen
Tot nu toe hebben de onderzoekers al gelijktijdig 36 silicium nanodraad-sensoren op een chip van 2 cm2 gepositioneerd. Met deze sensortechniek bieden de onderzoekers ook wetenschappers op het gebied van life sciences een 'platform' aan. De oppervlakken kunnen voor specifieke metingen langs chemische weg een functie krijgen.
Een mogelijke toepassing is ook het onderzoek van longweefsel op het niveau van afzonderlijke cellen. Andere toepassingsmogelijkheden zijn te vinden in bijvoorbeeld de milieuanalyse.