Ученые из Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина» и ФТИАН им. К.А. Валиева разработали метод защиты нанопроводниковых биосенсоров с помощью слоя оксида гафния. Этот подход не только продлевает срок службы кремниевых устройств, но и сохраняет их высокую чувствительность, необходимую для обнаружения редких молекул, таких как простат-специфический антиген (ПСА). Эта разработка открывает новые возможности для создания надежных и долговечных диагностических систем для экспресс-анализа заболеваний.
Современная медицина требует быстрых, точных и доступных методов ранней диагностики. Биосенсоры на основе полевых транзисторов с кремниевыми нанопроводами являются одним из перспективных решений. Они способны обнаруживать биомолекулы с ультравысокой точностью, вплоть до отдельных молекул. Однако их применение ограничено из-за проблемы биодеградации кремния в биологических жидкостях, что приводит к искажению сигнала и выходу устройства из строя.
Заведующий кафедрой физики полупроводников и криоэлектроники физического факультета МГУ Олег Снигирев сравнивает ситуацию с использованием микрофона во время сильного ливня. «Поток воды заглушает полезные звуки, а сам микрофон ломается, – объясняет он. – Наша задача – создать для такого «микрофона» надежный защитный экран, который не будет искажать звук».
В качестве такого экрана ученые предложили использовать оксид гафния (HfO₂), который широко применяется в микроэлектронике. Этот материал обладает высокой химической инертностью, диэлектрической проницаемостью и отличными изоляционными свойствами. Слой HfO₂ толщиной всего несколько нанометров был нанесен на кремниевые нанопровода методом атомно-слоевого осаждения.
Основная цель заключалась в том, чтобы защитить сенсор, не потеряв его высокую чувствительность. Использование диэлектрика HfO₂ позволило увеличить толщину защитного слоя без ухудшения характеристик устройства. Для проверки метода были проведены испытания сенсоров с традиционным покрытием из оксида кремния (SiO₂) и новым покрытием из HfO₂. Результаты показали, что покрытие из HfO₂ значительно улучшает стабильность работы сенсоров в кислотных и щелочных растворах, моделирующих биологические жидкости. Кроме того, было изучено его влияние на электрофизические параметры транзисторов, и удалось минимизировать образование дефектов на границе раздела материалов.
Ключевым этапом работы стала разработка методики химической модификации поверхности HfO₂ для присоединения биомолекул. Ученые успешно нанесли на поверхность наночастицы золота, которые стали основой для крепления антител к ПСА – основному биомаркеру рака предстательной железы. Это подтвердило, что новый защитный слой не мешает созданию полноценной биосенсорной платформы.
Источник: msu.ru
распечатать статью
