From DNA Detection to Organs-on-Chip Monitoring: Fabrication Solutions for Integrated Biosensing
Tid: Ti 2026-06-09 kl 10.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/63919672218
Språk: Engelska
Respondent: Fabio De Ferrari , Mikro- och nanosystem
Opponent: Professor Giuseppe Barillaro,
Handledare: Göran Stemme, ; Frank Niklaus, Mikro- och nanosystem; Shyamprasad Natarajan Raja,
QC 20260507
Abstract
Att ta en biosensor från laboratoriedemonstration till praktisk användning beror lika mycket på tillverkning som på sensorprincipen i sig. Denna avhandling utvecklar tillverkningsstrategier som övervinner specifika tekniska hinder inom biosensordomäner: från elektrokemisk detektering av enskilda molekyler till optisk realtidsövervakning i organ-på-chip-plattformar.
Inom den elektrokemiska domänen identifierar avhandlingen de förhållanden under vilka metallassisterad kemisk etsning övergår till ett självbegränsande regime i ultratunna kisel-på-isolator-membran, där katalysatorstorleken frikopplas från porstorleken och ger ~5 nm porer med 1 nm variabilitet (Artikel I, II). En kompletterande metod översätter litografiska strukturer på mikrometerskala till porer under 10 nm genom kontrollerad fraktur av förspända membran, validerad för både elektrisk och optisk detektion av enskilda DNA-molekyler ned till 30 baser (Artikel III). En tvånivå-tillverkningsarkitektur för organiska elektrokemiska transistorer frikopplar elektrodledningar från polymerkanalsdefinition via direkt femtosekundslaserskrivning och uppnår upplösning på enstaka mikrometer utanför renrummet; kanalkonturering begränser jontransportvolymen och förbättrar switchhastigheten med tre storleksordningar (Artikel V). Kolloidal självorganisering av polystyrenkulor i silkesfibroin ger biokompatibla fotoniska kristaller där kuldiametern i defektlagret programmerar passbandsvåglängden och etablerar en designprincip för spektral styrning i biokompatibla optiska strukturer (Artikel IV). Denna tillverkningslogik, att använda partikelstorleken för att definiera en funktionell egenskap i ett värdmaterial, utgår från arbetet med kiselnanoporer och möjliggör design av biokompatibla fotoniska kristaller.
Inom den optiska integrationsdomänen ersätter laserskurna PMMA-moduler med standardkomponenter inom optoelektronik bänkinstrument för kontinuerlig pH- och syreövervakning i mikrofluidiska system (Artikel VI). Den modulära arkitekturen integreras i bioreaktordesignen utan modifikationer och arbetar autonomt från cellodling i enskilda bioreaktorer till femdagars läkemedelstestning i flerorgansystem, vilket möjliggör detektering av leverförmedlad läkemedelsomvandling som inte är observerbar i enkelorgansystem (Artikel VII).
Inom dessa domäner vägleder förståelsen av sensorprincipen, materialegenskaperna och de tillgängliga tillverkningsverktygen utvecklingen av processer som uppnår applikationsrelevant precision med minskade kostnader och infrastrukturkrav.