Stiftelsen för Strategisk Forskning (SSF) har delat ut 3 miljoner kronor till var och en av tolv yngre, hemvändande forskartalanger genom forskningsprogrammet Ingvar Carlsson Award. De flesta forskningsprojekten har en inriktning mot livsvetenskaperna och bioteknik och en av stipendiaterna är Zhen Zhang. Hans intressanta projekt handlar om ett nytt CMOS-koncept som innehåller en biosensor och är döpt till ”elektronik för smart hälsa”.

En av årets Ingvar Carlsson Award-stipendiater är Zhen Zhang
Foto: Karin Nordin, SSF

Zhen Zhang tog sin doktorsexamen vid KTH och har därefter arbetat vid IBM Research i New York ,där mycket avancerade, framtida, billigare och effektivare CMOS-metodik, processer och kretsar utvecklas. Projektet handlar om att skapa ett biosensorkoncept och en sensorlösning till ett så kallat "Lab on Chip"  som kan utföra ett stort antal analyser på en och samma gång. Syftet med ett sådant chip,helt uppbyggt med elektronik ,är att de kan ge möjlighet till att tidigt upptäcka cancer och andra sjukdomar, men kan även användas för andra tillämpningar, såsom till exempel elektronisk avsmakning för säkerhet och kvalitet på mat.

Enligt SSF är potentialen enorm inom det här området, inte minst då en biosensor nu kan bli en naturlig del av övrig elektronik. Dagens kommersiella sensorteknik är ofta optiskt baserade och innehåller endast stödelektronik.

Den nya tekniken har enligt Zhen Zhang en mycket hög känslighet och kan vara mycket mer specifik i en jämförelse med konkurrerande teknologier. Dessutom ger tekniken utmärkta signal-brusförhållanden (SNR) då avkännig och förstärkning integreras i en och samma enhet. En sådan sensor har även en mycket låg produktionskostnad jämfört med de dagens lösningar. Det på grund av att standard CMOS-processer kan användas i tillverkningen.

– Det finns många kiselsmedjor i Asien, USA och Frankrike som kan producera den här typen av enheter, säger Zhen Zhang, Tack vare den här kompatibiliteten går det att sömlöst integrera sensorenheten med vanlig datahanteringskretsar på ett och samma chip.

  Som tidigare nämnts baseras de flesta av dagens biosensorer på optisk detektion. Den tekniken är dyr, kräver tillgång till speciella laboratorier och då många prover måste tas för att få en tillräckligt stark signal. Den här proceduren tar ofta 2-3 dagar medan konceptet med det nya konceptet, som även innehålle en Fin-IGBA  ( Ion Gated Bipolar Amplifier), ska det vara möjligt att ge svar på proverna direkt, vilket kan vara mycket viktigt vid akut uppkomna situationer.

– Svenska industrier är mycket konkurrenskraftiga inom mikroelektronik och att skapa små, effektiva elektroniska system, vilket även gäller instrument inom biokemi som också kan vara en del av den här kompetensen. Och svensk forskning på det här området håller världsklass, säger Zhen Zhang.

Forskningen kommer att ske vid Uppsala universitet – och då vid Ångströmlaboratoriet – men projektet kommer också att behöva kompetens inom området biokemi för gränssnittet ut från sensorn.

Enligt Zhen Zhang ger Fin-IGBA en betydligt större förstärkning än andra tekniker. För att utveckla den här nya enheten kommer forskarna bland annat att utnyttja torretsning (DRIE) och kunna få fram tredimensionella kiselstrukturer, benämnda nanotrådar, som med sina sensorer är avkännande kanaler, i storleksordningen några nanometrar i diameter. Därmed går det att på samma chip integrera en mycket stor mängd sensorer och den mest optimistiska målsättningenför en enda sensor ska kunna detektera en enda laddning i en molekyl eller en jon. Och preliminära värden från Ångströmlaboratoriet visar att en sensor med IGBA kan ge upp till 60 gånger så hög förstärkning, och då utan att sensorn har integrerats in, jämfört med en jon-avkännande fälteffekttransistor, enligt Zhen Zhang. Forskningsprojektet kommer att pågå under 3 år och fokusera på själva sensordelen samt resultera i en sensorenhet som kan demonstreras..

På en en fråga om varför han lämnar ett absolut toppjobb på IBM Research mot forskning i sverige säger han att det också beror på familjen.
– Det är så att min hustru trivs mycket bra i Sverige och inte vill flytta. Dessutom vill jag att mina barn ska få gå i svenska skolor.

Filed under: SvenskTeknik