Сенсор на основе микрообработанных подложек и модифицированных микрочастиц

Данный сенсор создан для комплексного анализа жидких, а не газообразных образцов. Т.е. это «электронный язык». Принцип его действия такой же, как и в случае колорометрического сенсора, то есть фиксируется изменение спектров поглощения или отражения сенсорных элементов. Но имеются две существенные особенности, первая заключается в технологии получения сенсорных материалов, вторая – в технологии организации сенсорных материалов в матрицу.

В качестве сенсорного материала используются модифицированные микрочастицы. Это означает, что готовятся микросферы, в данном случае, из агарозы или полистирола – полиэтиленгликоля, определённого размера (200 мкм). Готовится раствор ОМИ. Микросферы помещаются в раствор ОМИ, причём последний проникает в микропоры сфер и, таким образом модифицирует их поверхность. Далее микросферы удаляются из раствора, высушиваются, в результате получается сенсорный материал. Причём данный подход оказался чрезвычайно плодотворным, потому что, меняя материал сферы и тип ОМИ, возможно получить большое количество разнообразных сенсорных материалов. Дополнительный плюс такого подхода в том, что получаются практические одинаковые сенсорные элементы, которые будут давать воспроизводимый отклик. На рисунке 6. представлены микрочастицы и красители, которыми они модифицированы, микрочастицы предназначены для распознавания аналитов по их pН. Сильная сторона этой разработки в том, что для изготовления модифицированных микросфер используются уже готовые чистые микросферы, которые производятся промышленностью для биологических целей, и известные красители.

Рисунок 6. Типы модифицированных микросфер.

Вторая важная особенность, которая отличает данный сенсор, в организации сенсорного материала. Для этого используются технологии микромашиннинга, которые достигли высокого уровня, особенно при работе с кремниевыми материалами. Для изготовления сенсоров используются установки для лазерной абеляции. С помощью этих установок в кремниевой подложке делаются углубления размером 500 мкм. Благодаря использованию отработанной технологии удаётся получать воспроизводимые матрицы на твёрдой подложке. Далее в эти углубления помещаются микросферы. Элемент такой матрицы показан на рисунках 7 и 8.

Рисунок 7. Устройство сенсорного элемента матрицы.

Рисунок 8. Сенсорный элемент под микроскопом.

Рисунок 9. Матрица в действии.

Рисунок 10. Лаборатория на чипе.

Объединяя две особенности данного сенсора можно сказать, что действительно создано устройство для комплексного анализа жидкостей, причём создана не только матрица, а разработаны блоки пробоподготовки, дозирования малых объёмов жидкости, программы для обработки изображений, оптическая система регистрации.

Блок пробоподготовки представляет собой маленькую проточную кювету объёмом 100 мкл, изготовленную из тефлоновых листов, которые герметизировались с помощью силоксановой резины. Тефлон прозрачен для света оптического диапазона, что даёт возможность регистрировать сигнал CCD-камерой. Доставка анализируемой жидкости осуществляется с помощью модифицированного биологического хроматографа (Fast Protein Liquid Chromatograph). Это дает возможность пользоваться высокоточным насосом хроматографа, которым можно управлять с компьютера. Матрица помещается внутрь блока пробоподготовки.

Считывание сигнала осуществляется с помощью CCD-камеры, присоединёной к микроскопу. Освещение матрицы происходит посредством ртутной лампы, также присоединённой к микроскопу. Стадии введения аналита, фиксирования изображений, обработки изображений автоматизированы и интегрированы в единую систему. Это даёт право разработчикам говорить о создании платформы для анализа мультикомпонентных жидких образцов или более известное название – «Лаборатория на чипе».