BioFET – Biological Field Effect Transistor
Oggi ti voglio spiegare che cos’è un BioFET e come funziona. In parole semplici, un BioFET è un tipo speciale di transistor a effetto campo (FET) che rileva segnali biologici, come molecole o ioni, invece di semplici segnali elettrici. È una tecnologia chiave per sensori biologici ultra-sensibili, usata per monitorare parametri biologici direttamente e in tempo reale.
Cos’è un BioFET?
Un BioFET è un transistor a effetto campo modificato con un elemento biologico sulla sua superficie di gate. Questo elemento può essere un enzima, un anticorpo, un DNA, o altre molecole che interagiscono specificamente con il target biologico. Quando il target si lega al sensore, cambia la carica elettrica vicino al gate, modificando la corrente che scorre nel transistor.
Come funziona un BioFET?
- Rilevamento diretto: il BioFET misura direttamente la variazione di carica dovuta alla presenza di molecole biologiche.
- Conversione del segnale: questa variazione di carica altera il campo elettrico del transistor, cambiando la corrente che passa tra source e drain.
- Segnale di uscita: il cambiamento di corrente viene poi letto e analizzato, fornendo informazioni sulla concentrazione del target biologico.
Ad esempio, immagina un BioFET progettato per rilevare glucosio nel sangue. Il sensore ha enzimi che reagiscono con il glucosio e rilasciano ioni. Questi ioni modificano la carica al gate, causando una variazione misurabile nella corrente. Così, puoi sapere quanto glucosio c’è senza prelevare sangue in modo invasivo.
Componenti principali di un BioFET
- Substrato: di solito silicio, supporta il dispositivo.
- Source e Drain: due terminali tra cui scorre la corrente elettrica.
- Gate biologico: la parte sensibile, funzionalizzata con molecole specifiche per il target biologico.
- Elettrolita: spesso il mezzo in cui avviene la reazione biologica, come liquidi corporei o soluzioni acquose.
Vantaggi del BioFET rispetto ad altri sensori biologici
- Alta sensibilità grazie alla rilevazione diretta della carica.
- Miniaturizzazione possibile, si possono fare dispositivi molto piccoli.
- Risposta veloce, quasi in tempo reale.
- Compatibilità con tecnologie CMOS, quindi facile integrazione con elettronica tradizionale.
Esempio tecnico per capire meglio
Supponiamo di voler costruire un BioFET per rilevare DNA specifico. Si immobilizza una sonda di DNA complementare sul gate del transistor. Quando il DNA bersaglio si lega alla sonda, cambia la distribuzione di carica nella zona del gate. Questo altera il potenziale elettrico e quindi la corrente tra source e drain cambia.
È importante sapere che per un corretto funzionamento, bisogna spesso stabilizzare la temperatura e il pH, per evitare falsi segnali o errori di lettura. I materiali usati per il gate biologico devono essere selezionati per specificità e stabilità.
Oggi ti ho dato una visione tecnica del BioFET, e spero tu abbia capito come questo dispositivo sfrutta la fisica dei semiconduttori e la biochimica per creare un sensore potente. La cosa bella è che questo tipo di sensore può essere usato in tantissime applicazioni, dalla diagnostica medica ai monitoraggi ambientali.
Domani parleremo di un argomento che si collega bene con il BioFET: i sensori di ioni selettivi (ISE) e come vengono integrati con dispositivi elettronici per analisi chimiche più complesse. Ti aspetto per continuare a scoprire queste tecnologie elettroniche applicate al mondo biologico!
