Imec heeft onlangs op het internationale chiptechnologiecongres IEDM in San Francisco volgens eigen zeggen een wereldprimeur onthuld. Het onderzoekscentrum wist als eerste solid-state (gemaakt uit vaste stoffen, red.) nanoporiën te maken op volledige siliciumwafers met behulp van extreem ultraviolet licht (EUV). Door deze laboratoriumtechniek industrieel schaalbaar te maken, zegt het Vlaamse imec de ontwikkeling van nieuwe biosensoren drastisch te kunnen versnellen. Daarmee komen brede toepassingen in de gezondheidszorg en biotechnologie binnen handbereik.
Nanoporiën zijn microscopisch kleine openingen in een dun membraan. Ze zijn duizenden malen smaller dan een menselijke haar. Wanneer ze in een vloeistof worden ondergedompeld en verbonden zijn met elektrodes, laten deze poriën afzonderlijke moleculen één voor één door. Daarbij ontstaat telkens een elektrisch signaal dat direct kan worden gemeten. Dankzij die gevoeligheid op het niveau van individuele moleculen zijn nanoporiën bijzonder geschikt voor snelle diagnostiek, virusdetectie en de analyse van DNA of eiwitten.
Uitdaging
Waar onderzoekers vandaag nog vaak terugvallen op biologische nanoporiën voor biotechnologische toepassingen zoals DNA-sequentiebepaling, blijkt dat in de praktijk een uitdaging. Ze zijn weliswaar gevoelig en veelzijdig, maar als levende structuren te kwetsbaar en lastig te koppelen aan elektronica. Solid-state-nanoporiën, bijvoorbeeld in siliciumnitride, bieden uitkomst. Ze combineren robuustheid en chemische stabiliteit met nanoporie-analyse en de kracht van chiptechnologie. Tot nu toe bleef hun productie echter grotendeels beperkt tot het lab, juist omdat opschaling en precisie een uitdaging waren. Maar dat lijkt met de huidige ontwikkeling te veranderen.
Ultrafijne patroontjes
In een nieuwe paper die wordt gepresenteerd op IEDM 2025 legt een onderzoeksteam van imec uit hoe het erin is geslaagd solid-state-nanoporiën te maken op volledige 300mm-wafers. Dat zijn de standaard siliciumschijven waarop de chipindustrie normaal gesproken op grote schaal haar componenten produceert. Imec doet dat door EUV-lithografie in te zetten voor biotechtoepassingen. Deze techniek, die vooral wordt toegepast in de ontwikkeling van de meest geavanceerde computerchips, tekent ultrafijne patroontjes aan de hand van extreem ultraviolet licht met een golflengte van 13.5 nanometer.
De onderzoeksgroep van imec combineerde EUV-lithografie met een heel precieze etstechniek en maakte zo nanoporiën van ongeveer 10 nanometer breed, die overal op de wafer vrijwel identiek zijn. Die gelijkmatige kwaliteit is volgens imec belangrijk, want ze maakt nieuwe toepassingen mogelijk in onder meer medische diagnoses en moleculaire ‘fingerprinting’, gebieden waarin analyse op het niveau van één enkel molecuul steeds belangrijker wordt.
Ademanalyse
Vorige week schreven we ook over een andere, veelbelovende biosensortechnologie. Een onderzoeksteam van de University of Texas at Dallas presenteerde een veelbelovende biosensortechnologie die, met behulp van AI, longkanker kan opsporen via een ademanalyse. De methode steunt op een elektrochemische biosensor die acht vluchtige organische stoffen in de adem herkent.
Het gaat om kleine moleculen die als stille signaalgevers optreden voor thoracale kankers zoals long- en slokdarmkanker. Een AI-algoritme, getraind om de onderliggende patronen te ontcijferen, beoordeelt vervolgens deze stoffen. Zo kan binnen enkele minuten worden aangeven of er mogelijk sprake is van een vorm van thoracale kanker.
