O problema surgiu de uma fonte inesperada: o centro de pesquisa Imec demonstrou a primeira tecnologia do mundo para a produção em massa de biossensores nanoporosos para medicina analítica em wafers de 300 mm, utilizando litografia ultravioleta extrema (EUV) avançada. O setor de saúde está prestes a absorver um grande número desses sensores, o que pode representar uma ameaça à competitividade com os desenvolvedores de semicondutores no mercado de produtos baseados em EUV.
Fonte da imagem: Imec
Matrizes de nanoporos são usadas para a análise de materiais biológicos, incluindo o sequenciamento de DNA. Para isso, orifícios em escala nanométrica são criados em uma membrana, após o que um líquido contendo uma amostra dissolvida é passado através dela. As amostras — moléculas ou partes de DNA, no caso do sequenciamento — entram nos nanoporos, bloqueando o fluxo de íons de um lado da membrana para o outro. O comportamento e a intensidade da corrente na membrana podem ser usados para determinar com precisão a composição química e molecular das amostras — algo importante no diagnóstico e tratamento de muitas doenças.
Até então, a produção em massa de placas de nanoporos era um desafio. Os nanoporos eram literalmente “perfurados” nas membranas, um a um, usando litografia por feixe de elétrons. Isso tornava a produção de membranas extremamente cara e impedia o uso generalizado em análises médicas para fins de saúde pública.
A inovação dos cientistas do Imec foi o desenvolvimento de uma tecnologia de processo para a produção de nanoporos usando scanners EUV comerciais e processos CMOS. Em outras palavras, tudo foi possível graças à moderna base de fabricação utilizada na produção de semicondutores.
Curiosamente, o principal desafio acabou sendo superar a característica inerente dos scanners EUV — a alta densidade de elementos em um wafer. Para isso, foram utilizadas duas projeções: uma EUV e outra de litografia DUV convencional. A projeção EUV permitiu a produção de poros com diâmetro de 10 a 20 nm, enquanto a litografia de comprimento de onda mais longo mascarou os poros em excesso, tornando o padrão EUV mais esparso.
Experimentos mostraram que nanoporos com diâmetro de 10 nm são distribuídos ao longo deA pastilha é uniforme e essa uniformidade se mantém de pastilha para pastilha. A qualidade das pastilhas de membrana permanece alta após o processamento, permitindo a criação de sensores para análise de proteínas em larga escala, como a Imec confirmou com seus próprios exemplos. Essa tecnologia não é adequada para analisar fragmentos de DNA, pois o tamanho dos poros permanece muito grande. Além disso, o sequenciamento de DNA usando membranas biológicas baseadas em proteínas de transporte com poros de aproximadamente 1 nm continua sendo um método mais confiável para esse tipo de análise. Proteínas são um caso à parte. As membranas de silício nanoporosas da Imec são ideais para a análise em massa de estruturas proteicas.
A produção bem-sucedida de nanoporos de tamanho e características uniformes em uma escala de pastilha de 300 mm transforma a tecnologia de um método de produção laboratorial manual em um processo industrialmente viável. Isso abre caminho para a criação de matrizes de sensores para aplicações médicas, biológicas, diagnósticas e outras que exigem detecção molecular precisa e de alto rendimento. Assim, a demanda por scanners EUV poderá surgir entre os fabricantes de instrumentos médicos e biológicos, prometendo não apenas uma revolução na biologia analítica, mas também potencialmente ameaçando uma escassez na fabricação de semicondutores. No entanto, ainda levará um tempo considerável entre o desenvolvimento da tecnologia e sua implementação na produção em massa, portanto, nem tudo de bom nem de ruim acontecerá amanhã, nem depois de amanhã.