Preparación de monocapas orgánicas por auto-ensamblaje molecular sobre silicio
Introducción
En los últimos años se han realizado muchas investigaciones acerca de la formación de monocapas orgánicas auto-ensambladas sobre diversos tipos de sustratos entre los cuales el oro ha sido el más utilizado. Las películas delgadas orgánicas aislantes son de gran interés en la fabricación de sensores químicos de efecto de campo debido a que los materiales inorgánicos comúnmente utilizados para ese fin, tales como el SiO2, Si3N4, etc., pierden sus propiedades dieléctricas cuando se requieren recubrimientos de tan solo unos nanómetros. La industria de semiconductores utiliza actualmente monocapas orgánicas como capas de pasivación de silicio en celdas solares o como plantillas para hacer crecer sobre ellas cerámicos de alta resistencia. El silicio es el elemento más ampliamente utilizado para la fabricación de chips y debido a los fuertes enlaces Si – C que se forman entre el sustrato de silicio y las monocapas orgánicas, esta estructura posee una gran estabilidad.
Nuestro interés en este proyecto es el uso de estas películas orgánicas para fabricar biosensores basados en el principio de efecto de campo). Debido a sus excelentes propiedades dieléctricas como a la posibilidad de darles funcionalidad para interaccionar específicamente con biomoléculas tales como proteínas y ADN, las monocapas auto-ensambladas ofrecen grandes posibilidades de innovación en el desarrollo de biosensores de alta sensibilidad.
Auto-ensamblaje molecular
El auto-ensamblaje molecular es el ensamblaje de moléculas en una geometría bien definida sin la necesidad de manipularlas directamente con una fuente externa. Existen dos tipos de auto-ensamblaje molecular, el intramolecular y el intermolecular. El auto-ensamblaje intramolecular consiste básicamente en la habilidad de ciertas moléculas (Ejm. polímeros) de plegarse sobre sí mismas formando estructuras complejas, mientras que el auto-ensamblaje intermolecular consiste en la formación de estructuras supramoleculares a partir de moléculas individuales.
Formación de las monocapas sobre silicio
La formación de una monocapa orgánica sobre una superficie de silicio posee varias etapas bien definidas (Ver figura 1):
1) Pasivación del silicio: a una pieza de silicio con su capa de óxido nativo se le aplica un tratamiento químico utilizando ácido fluorhídrico para crear grupos funcionales Si-H en toda su superficie.
2) Formación de la monocapa: la pieza de silicio pasivada se coloca en una solución de 1-alquenos ó 1-alquinos funcionalizados y se le aplica un tratamiento térmico. El resultado es la formación de una monocapa orgánica aislante sobre el silicio.
3) Funcionalización de la monocapa: las cadenas carbonadas pueden ser funcionalizadas substituyendo los grupos R por grupos funcionales capaces de interaccionar selectivamente con ciertas biomoléculas tales como anticuerpos y ADN (Ej. amino, carboxilo, etc.).
Figura 1
El seguimiento de los pasos anteriores dará como resultado una monocapa funcionalizada de tan solo algunos nanómetros de espesor (aproximadamente 2 o 3 nm para una cadena de 20 carbonos).
El presente estudio se encuentra en su etapa inicial.
Cooperación
El presente proyecto se realiza en cooperación con el Laboratorio de Bioinformática y el Laboratorio de Enfermedades Infecciosas de la Universidad Peruana Cayetano Heredia, y el Laboratorio de Microelectrónica de la Pontificia Universidad Católica del Perú.
Financiamiento
El presente proyecto es actualmente financiado por el Concejo Nacional de Ciencia y Tecnología CONCYTEC.
Información de contacto
Gabriel I. Cava Díaz
Grupo de Materiales Nanoestructurados
Facultad de Ciencias - UNI
Tel. 4811070 anexo 382
Email. ivancava@gmail.com