Использование оксида гафния для покрытия нанопроводников значительно меняет подход к точности и долговечности биосенсоров, применяемых для диагностики заболеваний.
Группа ученых МГУ, совместно с коллегами, предложила использовать тонкий слой оксида гафния (HfO₂) для защиты нанопроводниковых биосенсоров от разрушения в биологических жидкостях организма. Данная методика обеспечивает значительное увеличение срока службы сенсоров на основе кремния, при этом сохраняя их уникальную способность выявлять отдельные молекулы ключевых индикаторов заболеваний.
Существующая необходимость в быстром и точном выявлении симптомов заболеваний становится все более актуальной. Среди современных методов особое внимание уделяется биосенсорам, основанным на кремниевых полевых транзисторах с нанопроводниками. Эти устройства способны фиксировать присутствие молекул биомаркеров с высокой точностью, до регистрации одиночной молекулы. Однако несмотря на огромный потенциал, широкое применение таких датчиков ограничивается их низкой устойчивостью к воздействию жидкостей человеческого тела, таких как кровь и сыворотка, что приводит к постепенному разрушению материала и выходу прибора из строя.
Для решения проблемы биологической устойчивости ученые предлагают покрывать нанопроводы тонким слоем оксида гафния. Этот материал обладает высокой химической стойкостью, отличными изоляционными свойствами и уникальной диэлектрической проницаемостью, что позволяет создавать толстый защитный слой без ущерба для чувствительности сенсора. Нанесение слоя производится с помощью метода атомно-слоевого осаждения, который обеспечивает однородность и контролируемую толщину покрытия.
Для подтверждения эффективности предложенного метода ученые сравнили работу сенсоров с традиционным оксидом кремния (SiO₂) и новым слоем HfO₂. Они показали значительное улучшение стабильности работы сенсоров в кислых и щелочных условиях, аналогичных биологическим средам, а также изучили влияние нового покрытия на электрические характеристики транзисторов. Благодаря тщательному подбору толщины слоя удалось избежать формирования дефектов и зарядовых ловушек, которые могут негативно сказаться на чувствительности устройства.
Одним из ключевых этапов исследования стало разработка метода функционализации поверхности HfO₂ для последующего прикрепления биологически активных молекул. На поверхности были установлены золотые наночастицы, которые служат основой для прикрепления специфичных антител к ПСА (простат-специфический антиген), важному маркеру онкологических заболеваний простаты. Эксперимент показал, что защитное покрытие не снижает возможности создания полноценного биосенсорного комплекса.
Таким образом, новый подход позволит разработать надежные, компактные и эффективные диагностические инструменты для быстрой и качественной оценки состояния здоровья пациента непосредственно на месте оказания медицинской помощи. Эта технология способна сделать точные медицинские тесты более доступными и быстрыми, открывая новые возможности для раннего выявления серьезных заболеваний и своевременного начала лечения.
Фото: hi-tech.mail.ru