Los sistemas microelectromecánicos (MEMS) son dispositivos diminutos que integran varios componentes, como sensores, componentes electrónicos y actuadores en miniatura, en un solo chip.Estos pequeños dispositivos han demostrado ser muy prometedores para detectar con precisión señales biológicas, aceleración, fuerza y ​​otras mediciones.

La mayoría de los MEMS desarrollados hasta la fecha están hechos de silicio y nitruro de silicio.Si bien algunos de estos dispositivos han logrado resultados prometedores, la composición de sus materiales y su diseño limitan su sensibilidad y versatilidad, limitando, por ejemplo, su uso en ambientes húmedos.

En un recienteElectrónica de la naturaleza papel, investigadores de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) introdujeron un innovador diseño en voladizo para MEMS basado en un polímero, un semiconductor y cerámica.Los voladizos son pequeñas vigas flexibles que pueden adaptar su forma en respuesta a fuerzas externas o interacciones moleculares, sirviendo así potencialmente como sensores o actuadores.

"Nuestro equipo trabajó anteriormente en voladizos de polímero para microscopía de fuerza atómica (AFM) de alta velocidad y desarrolló voladizos de AFM autodetectados basados ​​en MEMS para aplicaciones industriales y biológicas", dijo a Tech Xplore el Dr. Nahid Hosseini, autor principal del artículo.

"Sin embargo, los voladizos con detección automática se han enfrentado tradicionalmente a desafíos, particularmente para lograr una alta sensibilidad a la fuerza y ​​garantizar la biocompatibilidad, ya que los sensores de tensión generalmente se colocan en la superficie exterior del voladizo MEMS".

El reciente estudio de la Dra. Hosseini y sus colegas tuvo como objetivo desarrollar un nuevo voladizo autodetección que funcione consistentemente bien en entornos desafiantes, como dentro de fluidos.Un voladizo de este tipo podría resultar especialmente valioso paraaplicaciones biomédicas, permitiendo el desarrollo de nuevas tecnologías de biodetección en miniatura.

El voladizo diseñado por los investigadores tiene un diseño en capas único que incorpora tres materiales diferentes.

"Elcapa de polímero"Se elige por su módulo de Young relativamente bajo, lo que permite que el voladizo sea grueso y al mismo tiempo lo suficientemente flexible para una alta sensibilidad a la deflexión", explicó el Dr. Hosseini. "Además, los voladizos basados ​​en polímeros exhiben respuestas dinámicas mucho más rápidas que los hechos de silicio onitruro de silicio."

Para la capa semiconductora del voladizo, el equipo utilizó polisilicio dopado.Esta capa contribuye a las capacidades de detección del dispositivo, mejorando su capacidad para detectar pequeñas desviaciones (es decir, fuerza aplicada o desplazamientos).

Finalmente, la capa exterior de cerámica del dispositivo encapsula el núcleo de polímero y su electrónica subyacente.La cerámica mejora la estabilidad mecánica y química del dispositivo, permitiéndole funcionar de forma segura en diversos entornos.

"Nuestro diseño multicapa herméticamente sellado permite una medición rápida de fuerzas pequeñas y funciona incluso en fluidos opacos y agresivos", dijo el Dr. Hosseini.

"También amplía la aplicación de los voladizos AFM con detección automática a una gama más amplia de técnicas de caracterización de superficies, como la microscopía de fuerza magnética (MFM) o la microscopía de fuerza con sonda Kelvin (KPFM), donde la superficie del voladizo debe recubrirse con capas funcionales".

Como parte de su trabajo reciente, la Dra. Hosseini y sus colegas utilizaron su diseño para fabricar un prototipo de dispositivo MEMS.Las pruebas iniciales demostraron que este dispositivo funcionó notablemente bien, detectando consistentemente fuerza y ​​desviación en diferentes entornos.

"Uno de los logros destacados de este trabajo es la fabricación de un dispositivo MEMS que combina una alta sensibilidad a la deflexión con robustez mecánica", dijo el Dr. Hossaini."La combinación de un núcleo de polímero y sensores de deformación de polisilicio dopado permite que el voladizo detecte fuerzas muy pequeñas".

Se descubrió que el voladizo de nuevo diseño era muy robusto y adaptable, por lo que podría tener varias aplicaciones en el mundo real.Por ejemplo, podría utilizarse para detectar cambios de masa en muestras químicas y biológicas, ayudando así a su caracterización a nanoescala.

En entornos de atención de salud, eldispositivopodría respaldar diagnósticos de alta precisión y el seguimiento detallado de señales biológicas.Además, el voladizo podría usarse para monitorear entornos naturales, detectando cambios pequeños pero significativos en la contaminación.

"En el futuro, planeamos seguir optimizando el rendimiento de estos voladizos explorando nuevas combinaciones de materiales y refinando su sensibilidad y durabilidad", añadió el Dr. Hosseini."Un enfoque clave será integrarlos en mássistemas complejos, como plataformas de microfluidos, para ampliar sus capacidades de diagnóstico y seguimiento en tiempo real.

"Los prototipos de nuestros voladizos multicapa ya han despertado el interés de empresas internacionales y estoy fabricando activamente estos dispositivos para su uso en diversas industrias".

El Dr. Hosseini está haciendo laviga voladizapresentado en su artículo accesible a ingenieros y fabricantes de todo el mundo.Durante el próximo año, los investigadores planean lanzar una empresa derivada basada en su diseño patentado para que pueda ser utilizado por fabricantes de semiconductores e ingenieros que desarrollen tecnología médica.

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