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Oct 22, 2023

Graphene FET testa múltiplas doenças no chip de uma só vez

Visando uma solução abrangente de laboratório em chip, a Archer Materials anunciou um novo biochip usando FETs de grafeno (gFETs). Desde a sua descoberta em 2004, a estrutura reticular do grafeno demonstrou

Visando uma solução abrangente de laboratório em chip, a Archer Materials anunciou um novo biochip usando FETs de grafeno (gFETs). Desde a sua descoberta em 2004, a estrutura reticular do grafeno demonstrou inúmeras vantagens únicas, várias das quais podem ser usadas na fabricação de transistores para criar dispositivos ultrassensíveis.

Os gFETs são particularmente populares em aplicações de biossensor, uma vez que podem fornecer informações sobre a saúde do paciente através de interações em nível molecular entre o grafeno e as biopartículas alvo. Archer apresentou recentemente um sensor de biochip de grafeno para uma fundição comercial em uma execução de MPW. A empresa revelou que esta solução pode testar múltiplas doenças em um chip.

Como as tecnologias habilitadas para grafeno, como os gFETs, ainda são relativamente novas, este artigo se aprofunda nos detalhes por trás da fabricação do gFET e dá aos leitores contexto sobre como o grafeno pode ser usado para detectar múltiplas doenças usando um único chip.

Os gFETs são notavelmente semelhantes a outros transistores de efeito de campo, como os MOSFETs, mas diferem no material usado como meio condutor. Enquanto os MOSFETs usam materiais como o silício para enviar corrente do dreno para a fonte, os gFETs usam uma camada de grafeno com apenas dezenas de micrômetros de espessura.

A fina camada de grafeno confere inúmeros benefícios, como condutividade térmica e elétrica, e também melhora consideravelmente a sensibilidade do dispositivo a fatores externos. Como tal, os laboratórios costumam usar gFETs para caracterizar fluidos adjacentes porque a sensibilidade inerente ao nível molecular do grafeno pode detectar facilmente patógenos.

Para acomodar amostras líquidas para teste, a Archer desenvolveu primeiro gFETs “molháveis” que podem suportar o contato com materiais líquidos. Archer então expandiu esses gFETs para testar doenças únicas, com o desenvolvimento mais recente visando testar múltiplas doenças em um único chip.

Embora o grafeno ofereça inúmeros benefícios em comparação com a eletrônica de silício tradicional, ele tem seu quinhão de desvantagens. O principal deles é um processo de fabricação complexo, com gFETs exigindo camadas de grafeno extremamente finas para funcionar corretamente.

Os processos típicos de grafeno usam deposição química de vapor (CVD) para “crescer” o grafeno em um substrato, após o qual ele pode ser cuidadosamente removido. Um processo litográfico deposita então os contatos metálicos dos gFETs para conectá-los a circuitos externos. A litografia também pode ser usada para modificar camadas de grafeno para criar formas desejadas.

Implementando um processo semelhante, os dispositivos Archer gFET usam multiplexação de dispositivo único, onde cada sensor gFET pode ser lido individualmente para testar múltiplas doenças no mesmo chip. Archer espera eventualmente oferecer um recurso de ajuste em tempo real para parâmetros gFET, potencialmente tornando os sensores gFET uma solução reutilizável.

Archer espera que tanto o MPW quanto o wafer completo estejam disponíveis para entrega até o final de 2023. Neste ponto, a empresa pode validar e avaliar os chips para dar à Archer uma melhor compreensão de como os chips funcionarão em um ambiente prático.

Embora os gFETs sejam muito úteis em aplicações de biossensor, os benefícios dos transistores de grafeno podem se estender a designs RFIC ou comutação de alta velocidade. Em última análise, porém, o escopo dos gFETs depende se os fabricantes podem incorporar de forma confiável dispositivos de grafeno com silício.

Apesar desta incerteza, os FETs de grafeno apresentam vantagens claras, e espera-se que mais venham à tona após a entrega dos últimos lançamentos do Archer.