Forskning om framtidens smarta biosensorer

Presentation
Zhen Zhang, professor vid Institutionen för elektroteknik på Uppsala universitet. Foto: Mikael Wallerstedt
Zhen Zhang, professor vid Institutionen för elektroteknik på Uppsala universitet. Foto: Mikael Wallerstedt

Kiselbaserad integrerad kretschipteknologi är grunden till det moderna informationssamhället. Vid Uppsala universitet tar man kiselchippen vidare till nästa steg – för att skapa biosensorer, med en rad tillämpningar inom exempelvis bioteknik.

Datachip av kisel, så kallade integrerade kretsar, är själva livsnerven i datorer, mobiltelefoner och annan digital kommunikationsutrustning. Under lång tid har fokus för datachipforskning varit att minska komponentstorleken för att uppnå snabbare elström och högre integrationstäthet. Nu har emellertid nedskalningen nått den grundläggande fysiska gränsen för en funktionell komponent.
– Men den väletablerade kiseltekniken för tillverkning av nanoskaliga komponenter är fantastisk. Vi vill fortsätta att utveckla den för nya tillämpningar som smarta biosensorer, säger Zhen Zhang, professor vid Institutionen för elektroteknik på Uppsala universitet och ansvarig för projektet.
– Komponenterna har egenskaper som gör dem oerhört lämpliga eftersom deras stora yt-till-volymförhållande ger en känslighet för laddning, kraft, ljus och massförändring som aldrig har varit möjlig tidigare. De är också snabba och kan masstillverkas till en låg kostnad.

Minilaboratorier
Genom att utnyttja den etablerade tekniken för halvledarkomponenter i nanoskala vill Zhen Zhang och hans team skapa laboratorier i miniformat, där komponenterna används som smarta sensorer, istället för som stödelektronik i traditionella avkänningsutrustningar. Detta blir ett snabbare, mer tillförlitligt och kostnadseffektivt alternativ till dagens dyra biosensorer.
Möjliga användningsområden är att snabbt och träffsäkert upptäcka sjukdomar eller testa för antibiotikaresistens. Sensorerna kan också detektera joner för att säkerställa vattenkvalitet, eller fånga och analysera enskilda molekyler. Allt detta har stort intresse för forskning inom livsvetenskaperna.
– Det finns en enorm potential. Utmaningen är att det stora yt-till-volymförhållande som gör kiselnanokomponenter så lämpliga som biosensorer också gör dem känsliga för störningar. Vi fokuserar mycket på att hitta lösningar för detta.

Bred kompetens krävs
Det är tvärdisciplinär forskning, med expertis från bland annat elektronik, materialvetenskap, fysik, elektrokemi, biokemi och biomedicin.
– Uppsala universitet har en unik position, med sitt avancerade laboratorium och breda kompetenser. Det är en väldigt god miljö för den här forskningen.

UU – Smarta Biosensorer
Projektet Halvledarnanosensorteknik för ett smartare samhälle finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning. Forskningen syftar till att utnyttja teknologin bakom kiselbaserade mikrochip för att skapa framtidens biosensorer. Den breda kompetensen vid Uppsala universitet, samt unika laboratoriemiljöer vid bland annat Ångströmlaboratoriet och den nationella Myfab infrastrukturen för nanotillverkning, möjliggör den tvärdisciplinära, avancerade forskningen.

zhen.zhang@angstrom.uu.se
www.personal.teknik.uu.se/zhenzhang


Publicerad: 18 juni, 2020