Описание решения и конечных устройств
Решение представляет собой технологическую платформу для производства биочипов на основе микро- и наноструктурированных подложек со встроенной системой микроканалов и функциональными активными зонами. Структурирование выполняется методами фотолитографии и наноимпринтной литографии; для полимерных материалов применяется горячее тиснение. Технологическую схему выбирают с учётом требуемого разрешения и планируемых объёмов выпуска.
Биочип выполнен в виде многослойной конструкции, которая включает: подложку (кремний, стекло или полимер), структурированный функциональный слой, активные зоны с нанесёнными биорецепторами и систему микроканалов для подачи образца. Литографическое формирование обеспечивает точное позиционирование активных областей и высокую плотность их размещения. Возможна интеграция с КМОП-совместимыми элементами регистрации для электрического или оптического считывания сигнала.
Принцип работы основан на специфическом взаимодействии целевых молекул — связывании ДНК/РНК, реакциях антиген—антитело и других селективных механизмах распознавания. Такой подход обеспечивает высокую чувствительность и селективность при стабильности параметров во времени и воспроизводимости результатов.
Применение биочипов в различных сферах
Внешний вид биочипов
Общий маршрут производства
Формирование топологии (фотолитография или наноимпринтная литография)
Установка нанесения и проявления фоторезиста
Установка совмещения и экспонирования
Установка наноимпринтной литографии
Формирование геометрии микроканалов и функциональных активных зон, определяющей параметры биочипа. Критичны точность совмещения слоёв, контроль критических размеров и воспроизводимость параметров экспонирования.
При наноимпринтной литографии дополнительно требуется контроль состояния мастер-штампа и стабильности процесса репликации.
Основные сложности связаны с контролем дефектности и обеспечением стабильности критических размеров при переходе к серийному производству.
Формирование микроструктур в подложке (травление или формование)
Установка ионно-реактивного травления
Для кремния и стекла используют процессы сухого или мокрого травления, для полимеров — горячее тиснение или термоформование. Обеспечивается заданный профиль структур и точная геометрия микроканалов, влияющие на стабильность характеристик устройства.
Ключевые сложности — минимизация геометрических отклонений микроканалов, снижение разброса параметров при переходе к серийному выпуску.
Бондинг и герметизация системы микроканалов
Установка бондинга
Химическая активация поверхности активных зон
Установка химической обработки
Химическая обработка формирует химически активную поверхность, обеспечивающую закрепление биорецепторов. Важно обеспечить воспроизводимые поверхностные свойства и воспроизводимую плотность функциональных групп.
Основные сложности связаны с чувствительностью процесса к условиям окружающей среды и влиянием остаточных загрязнений на аналитические характеристики устройства.
Контроль и валидация
Споттер для биочипов
Качество закрепления биорецепторов напрямую влияет на чувствительность и селективность биочипа. Необходим контроль концентрации, равномерности распределения и сохранение биологической активности.
Среди рисков – деградация биоматериала и неспецифическое связывание, влияющее на соотношение сигнал/шум. При масштабировании критична воспроизводимость условий и характеристик закрепления биорецепторов.
Нанесение и закрепление биорецепторов
Профилометр
.png "Микроскоп-Photoroom (1).png")
Инспекционный микроскоп
Контроль геометрии микроструктур, герметичности системы микроканалов, функциональных характеристик устройства. Ключевые показатели — чувствительность, селективность, предел обнаружения и воспроизводимость результатов.