L'obiettivo del progetto proposto è quello di sviluppare un substrato di vetro funzionale (System on Glass, SoG) che integra riscaldatori e sensori di temperatura a film sottile per ottenere un controllo della temperatura accurato e localizzato per applicazioni lab-on-chip.
Il substrato di vetro attivo proposto è pensato per essere usato come struttura di base per sistemi microfluidici e offrirà una soluzione ottimizzata ed efficiente dal punto di vista energetico per il controllo termico. I requisiti principali includono: buona trasparenza ottica per consentire l'uso di metodi analitici ottici; una misurazione accurata della temperatura locale del chip; riscaldamento uniforme dell'area target. Questi requisiti saranno soddisfatti combinando un riscaldatore a film sottile trasparente e una serie di sensori di temperatura resistivi fabbricati sullo stesso substrato di vetro. Il riscaldatore resistivo trasparente sarà realizzato in ossido di indio e stagno (ITO) e oro, entrambi depositati tramite la tecnica di sputtering. A causa del trascurabile coefficiente termico di resistenza dei film in ITO, la misurazione della temperatura non può essere effettuata attraverso misure di resistenza come per i riscaldatori metallici. Per questo motivo, l'aggiunta di un sottile strato di oro permetterà di realizzare dei sensori resistivi che risulteranno essere anche trasparenti. La disposizione dei riscaldatori e dei sensori sarà ottimizzata per ottenere un profilo di temperatura uniforme su un'area quanto più estesa possibile con la massima efficienza energetica.
Come accennato in precedenza, il ricercatore proponente ha già sviluppato sistemi lab-on-chip che integrano riscaldatori a film sottile e sensori di luce e temperatura in silicio amorfo idrogenato [G. Petrucci et al., Bios. Bioelec., Vol. 93, pagg. 315-321, 2017]. L¿innovatività del progetto presentato rispetto ai risultati ottenuti in passato può essere riassunta in due punti: semplificazione dei processi tecnologici impiegati per la fabbricazione e possibilità di integrare diverse tipologie di detection per via della trasparenza del dispositivo.
I dispositivi progettati e realizzati precedentemente hanno richiesto l¿integrazione non solo di film metallici, ma anche di sensori realizzati in silicio amorfo idrogenato depositato con la tecnica di Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD). L¿integrazione di tali dispositivi è stata implementata sfruttando entrambi i layer del substrato di vetro, rendendo quindi lunga e complessa la serie di passaggi tecnologici necessari alla realizzazione del lab-on-chip completo. I passi tecnologici per la fabbricazione del SoG oggetto di questo progetto risulterà essere, invece, molto semplificata, in quanto si prevede di realizzare l¿intera struttura sfruttando un solo layer del substrato e realizzando sia i sensori di temperatura che il riscaldatore a partire dalle stesse deposizioni. In particolare, si prevede di utilizzare due deposizioni di ITO ed una di oro, al fine di ottenere uno stack di questi due materiali che risulti essere trasparente e allo stesso tempo anche più conduttivo del solo ITO e con una conduttività dipendente dalla temperatura.
La completa trasparenza del SoG che verrà sviluppato risulterà essere una novità molto apprezzata nel campo delle analisi biomolecolari effettuate con dispositivi Point-of-Care, in quanto permetterà di effettuare sul campione da analizzare (e da trattare termicamente) l¿utilizzo di molteplici tecniche di detection, come ad esempio analisi colorimetriche, di fluorescenza e di termoluminescenza.