OFERTA DE EXPERTIZA (1)
Microsenzori (Directia CD 1)
In cadrul directiei cercetare-dezvoltare de Microsenzori a proiectului TGE-PLAT, IMT ofera firmelor inovative o gama larga de oportunitati de colaborare, de la consultanta, la dezvoltarea de noi produse.
Oferta include proiectare, simulare si modelare numerica, fabricare, testare si caracterizare. Dotat cu echipamente tehnologice care permit procesarea a numeroase tipuri de material, oferta IMT se bazeaza pe experienta dovedita in tehnologii pentru obtinerea de senzori la scara micro/nano si a sistemelor de senzori pe o varietate de substrate din care mentionam: siliciu, carbura de siliciu, GaN/Si, sticla, materiale ceramice, filme organice subtiri, etc..
De retinut elementele inovative ale ofertei IMT nu numai din punctul de vedere al aplicatiei, ci si din punct de vedere al tehnologiei de fabricatie, pornind de la tipuri de lay-out, substrate din materiale avansate, precum si procese tehnologice individuale noi.
IMT pune un accent deosebit pe partea senzitiva pentru care se dezvolta tehnologii specifice, cum ar fi materiale senzitive nanostructurate, si/sau nanoconfigurare in vederea extinderii selectivitatii, sensibilitatii, a domeniului si gamei substantelor detectate.
IMT ofera expertiza relevanta pentru dezvoltarea de senzori şi microsenzori, microsisteme, etc. in proiectarea şi simularea cu element finit (e.g. simulari electro-termo-mecanice) precum si in elaborarea de tehnologii de 3D Printing.
Oferta de expertiza clasificata functie de domeniul de aplicatie este prezentata in cele ce urmeaza cu o selectie de exemple.
1. Micro/nano senzori pentru detecția substanțelor/materialelor periculoase de tip explozivi, droguri, pesticide, etc.:
In aceasta categorie IMT ofera expertiza in dezvoltarea de microsenzori pentru detectia/identificarea persoanelor, arii de micro/nano senzori pentru detectia substantelor/materialelor periculoase de tip explozivi, droguri, etc., rezultate care se incadreaza in subdomeniul 2.3.1 – Metode şi tehnologii inovative pentru combaterea transfrontaliera a terorismului, crimei organizate, traficului ilegal de bunuri şi persoane.
- 1.1. Senzor pentru detectia multipla si selectiva a unor explozibili reprezentativi
- 1.2. Senzor de gaze inflamabile bazat pe capacitoare MOS fabricate pe SiC
- 1.3. Microsenzori de gaz
- 1.4. Platforma pentru detectia de pesticide din produse alimentare
2. Micro/nanosenzori bio-chimici:
In acesata categorie IMT ofera expertiza in dezvoltarea de senzori bazati pe tehnologia microarray pentru detectia unor bacterii sau virusi cu potential de utilizare ca arme biologice, rezultate care se incadreaza in Subdomeniul 2.3.1 – Metode şi tehnologii inovative pentru combaterea transfrontalieră a terorismului, crimei organizate, traficului ilegal de bunuri şi persoane.
De asemenea, IMT ofera expertiza in obtinerea de microsenzori si arii de microsenzori pentru detectia de toxine, senzori inteligenti pentru detectia rapida si selectiva a substantelor periculoase din medii lichide, inclusiv a apelor de suprafata, cu aplicatii in dezvoltarea tehnicilor de monitorizare pentru evaluarea si reducerea riscului la dezastre; aceste rezultate se incadreaza in Subdomeniul 2.3.2 – Evaluarea şi reducerea riscului la dezastre – (modelarea şi simularea dinamicii sistemelor generatoare de hazard; dezvoltarea tehnicilor de monitorizare şi cartare interactive; optimizarea sistemelor rapide de evaluare şi luare a deciziei; dezvoltarea sistemelor suport de decizie în vederea integrării in reţelele europene; dezvoltarea unor soluţii inovative de protecție antiseismică, eficiente, funcționale şi economice pentru zonele seismice din România).
In legatura cu detectia de toxine, IMT ofera expertiza in dezvoltarea de arii de microsenzori pentru detectia de microtoxine si ocratoxina in alimente – interesand aspectele NRBC (prevention, detection, protection and decontamination) din strategia europeana de securitate din cadrul directiilor “protectia retelelor distribuite (energie, apa, hrana) si “protectia populatiei”in cadrul ramurii mai largi a combaterii transfrontaliere a terorismului. Dintre rezultatele care dovedesc expertiza IMT sunt mentionate urmatoarele:
- 2.1. Dezvoltarea unei platforme microarray pe bază de nanofire de siliciu
- 2.2. Detectia mutatiilor genetice (inclusiv cele datorate infectiilor cu virusi)
- 2.3. Senzori bio-chimici pe filme organice subtiri
3. Micro/nanosenzori pentru aplicatii in medii ostile:
In aceasta categorie IMT ofera expertiza in dezvoltarea de microsenzori care pot monitoriza anumiti parametrii fizici cum ar fi, de exemplu, concentratia de gaze sau temperatura, in conditii speciale de mediu.
- 3.1. Senzori pe carbura de siliciu (SiC) pentru aplicatii in medii ostile
- 3.2. Micro/nanosenzori cu unde acustice de suprafata/ volum; e.g. Structuri SAW pe GaN/Si ca senzori de temperatura (Temperaturi: 6-423 K)
- 3.3. Senzor de gaze inflamabile bazat pe capacitoare MOS fabricate pe SiC
Oferta de expertiza include si proiectarea si modelarea de tehnologii si procese tehnologice individuale pentru micro/nanotehnologii, cum ar fi microsenzori integrati piezoelectrici. Mentionam capabilitatea IMT de a oferi compatibilizari tehnologice pentru tehnologii si linii tehnologice, tehnologii multi-chip-module (MCM) si alte tehnologii nestandard de asamblare pentru micro-/ nano- system technologies (M/NST) in special pentru aplicatii in industriile traditionale, etc.. Dintre rezultate se mentioneza:
4. Senzori pentru industria auto:
____________________________________________________________________________________________________________
A se vedea si prezentarea: "Rezultate obtinute in cadrul proiectelor IMT pentru directia "Microsenzori"
____________________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________
1. Micro/nano senzori pentru detecția substanțelor/materialelor periculoase de tip explozivi, droguri, pesticide, etc.
_________________________________________________
Senzor pentru detectia multipla si selectiva a unor explozibili reprezentativi
Persoana de contact: Dr. Ileana CERNICA (ileana.cernica@imt.ro)
Rezultate obtinute in cadrul proiectului Dezvoltarea unui senzor pentru detectia multipla si selectiva a unor explozibili reprezentativi (SENZOREX), in parteneriat cu MIRATELECOM SRL
 |
_________________________________________________
Microsenzor de gaze inflamabile bazat pe capacitoare MOS fabricate pe SiC
Persoana de contact: Dr. Razvan PASCU, Fiz. Florea CRACIUNOIU (razvan.pascu@imt.ro; florea.craciunoiu@imt.ro)
Aplicatii: Senzor de gaze inflamabile bazat pe o structura de tip MOS, utilizand ca semiconductor SiC.
Senzorii au fost testati, de asemenea, la diferite temperaturi, pana la 200ºC si diferite concentratii de H2, avand o limita de detectie de 0.77 ppm.
 |
_________________________________________________
Microsenzori de gaz
Persoana de contact: Dr. Carmen MOLDOVAN (carmen.moldovan@imt.ro)
S-au dezvoltat arii de microsenzori de gaz pentru CO, CH4, C3H8. S-a dezvoltat tehnologia pentru relizarea de traductori interdigitati pe ceramica, cu incalzitor integrat. S-a dezvoltat tehnica de masura sub forma unui aparat portabil, miniaturizat. A fost optimizat incalzitorul integrat cu ajutorul simularii, putandu-se obtine temperaturi de >5000C la tensiuni de alimentare uzuale (12-18 V). S-au procesat cu ajutorul mastilor astfel realizate si pe baza proceselor tehnologice mentionate un numar de 150 de cipuri de senzor de gaze pe substrat ceramic. S-a realizat testarea electrica a senzorului de gaze cu ajutorul unui dispozitiv de masura dedicat. S-au obtinut sensibilitati ridicate, ex; Senzorul de CO, poate masura 5 ppm.
 |
Layout-ul optimizat al senzorului |
_________________________________________________
Platforma pentru detectia de pesticide din produse alimentare
Contact: Dr. Carmen Moldovan (carmen.moldovan@imt.ro)
MiniPlatforma complet integrata pentru detecția de pesticide cuprinde:
- Senzori miniaturizați pe substrat de siliciu: biosenzori de pesticide, senzori integrați de temperatură și pH cu module microfluidice;
- Modulul fluidic de preparare probe împreună cu modulele de pompare si de livrare a fluidelor
- Instrument portabil de procesare de semnal și afișare
- Software pentru achiziția de date si interpretarea semnalelor rețelelor de senzori.
Biosenzorii de pesticide sunt de unică folosință și se înlocuiesc cu ușurință pe platformă, au un cost scăzut, iar durata unei determinări, inclusiv prepararea probelor, este de maxim 30 minute. Senzorii pot detecta concentrații de produși organofosforici si carbamați de ordinul a 10-6 g/l din produse vegetale, apă, lapte. MiniPlatforma este portabilă, nu necesită condiții de laborator și se poate folosi în condiții divers, în scopul determinării unor concentrații toxice.
MiniPlatforma oferă măsurători rapide, cât mai aproape de locul de producție, pentru asigurarea calității produselor alimentare.
 |
|
| Senzorul de pesticide încapsulat | Platforma de măsură |
_________________________________________________
2. Micro/nanosenzori bio-chimici
_________________________________________________
_________________________________________________
Dezvoltarea unei platforme microarray pe bază de nanofire de siliciu
Persoane de contact: Dr. Monica SIMION; DRD. Melania BANU (monica.simion@imt.ro)
In cadrul colaborarii IMT, Universitatea Bucurestisi laboratorul de analize genetice GeneticLab a fost explorată posibilitatea dezvoltarii unui suport pe bază de nanofire de siliciu utilizabil în tehnologia microarray, cu scopul de a crește sensibilitatea de detecție a nepotrivirilor de secvență cu semnificație patologică, din cadrul genei BRCA1. Prin metoda de corodare într-un singur pas, asistată de săruri metalice (1-MACE), s-au obținut nanofire cu lungimea medie de 3,5 µm, aceste substraturi fiind ulterior funcționalizate, pentru ca mai apoi secvențele oligonucleotidice corespunzătoare BRCA1 care au prezentat câte un tip de nepotrivire de bază azotată să fie atașate de suport și hibridizate cu ADN complementar, marcat fluorescent. Platforma nanostructurată a permis decelarea statistică între diferitele intensități ale semnalelor de hibridizare.(Rezultatele au fost obtinute in cadrul proiectului PNII-PCCA, ctr. 36/2014 – MultiplexGen)
 |
|
| a) | b) |
(a) Imagine SEM a nanofirelor de siliciu, vizualizate în secțiune transversală; (b) reprezentare schematică a modului de hibridizare a ADN marcat fluorescent cu secvența genetică atașată atât pe suprafața, cât și pe lungimea firului de siliciu funcționalizat; (c) Interpretarea grafică a intensităților de hibridizare pe suportul de siliciu nanostructurat; (d) Morfologia materialului genetic hibridizat în locația predefinită. ( M. Banu et al, RSC Advances 5, 74506-74514, 2015) |
|
In cadrul colaborarii IMT si Institutul Oncologic „Prof. Dr. Alexandru Trestioreanu" Bucureşti au fost realizate teste in vederea obtineri unor structuri tip microarray utilizate in diagnosticarea cancerului colorectal prin determinarea unor mutatii specifice genei KRAS asociata acestui tip de cancer.
Sensibilitatea intensității de hibridizare a fost investigată cantitativ prin analiza semnalului fluorescent obtinut pentru secvente ce contin mutatii la nivel de o baza azotata. Analiza a fost realizată în comparație cu eficiența de hibridizare a probei ADN atașată de suport care prezintă complementaritate perfectă cu ADN marcat fluorescent
 |
(a) Rezultatul hibridizării secvențelor KRAS cu sondele cu complementaritate perfectă (PM), cu sondele cu o nepotrivire de bază azotată (C>T) și cu sondele cu două nepotriviri de baze azotate (AC>GT); (b) Interpretarea grafică a intensităților de hibridizare. |
Rezultatele au evidențiat o sensibilitate bună de detecție și au fost validate statistic prin Student’s t test.
Rezultatele au fost obtinute in cadrul proiectului PNII-PCCA, ctr 4/2012 – HRCarreys
_________________________________________________
Detectia mutatiilor genetice (inclusiv cele datorate infectiilor cu virusi)
Persoane de contact: Dr. Monica SIMION; DRD. Melania BANU (monica.simion@imt.ro)
In cadrul colaborarii IMT si Institutul Oncologic „Prof. Dr. Alexandru Trestioreanu" Bucureşti au fost realizate teste in vederea obtineri unor structuri tip microarray utilizate in diagnosticarea cancerului colorectal prin determinarea unor mutatii specifice genei KRAS asociata acestui tip de cancer.
Sensibilitatea intensității de hibridizare a fost investigată cantitativ prin analiza semnalului fluorescent obtinut pentru secvente ce contin mutatii la nivel de o baza azotata. Analiza a fost realizată în comparație cu eficiența de hibridizare a probei ADN atașată de suport care prezintă complementaritate perfectă cu ADN marcat fluorescent. Rezultatele au evidențiat o sensibilitate bună de detecție și au fost validate statistic prin Student’s t test.
Rezultatele au fost obtinute in cadrul proiectului PNII-PCCA, ctr 4/2012 – HRCarreys
 |
|
| a) | b) |
(a) Rezultatul hibridizării secvențelor KRAS cu sondele cu complementaritate perfectă (PM), cu sondele cu o nepotrivire de bază azotată (C>T) și cu sondele cu două nepotriviri de baze azotate (AC>GT); (b) Interpretarea grafică a intensităților de hibridizare. |
|
_________________________________________________
Senzori bio-chimici pe filme organice subtiri
Contact: Dr. Carmen MOLDOVAN (carmen.moldovan@imt.ro)
S-a dezvoltat tehnologia de obtinere a unor sisteme de senzori bio-chimici pe filme organice subtiri. S-a realizat proiectarea senzorilor pe substrat flexibil si au fost proiectate diverse structuri test în scopul optimizării procesului de printare a senzorilor propuși. Pentru realizarea si dezvoltarea senzorului impedimetric, amperometric si (sau) cel de pH pe substrat flexibil s-a apelat la imbinarea metodelor clasice de metalizare cat si la echipamentul Dimatix Materials Printer (DMP) folosind tehnica InkJet Printing.
Senzorul interdigital de aur (50 µm latime, 0.4 µm grosime), reprezentat in figura 6, a fost imprimat pe folie de PET și a fost tratat termic la 1200C, timp de 90 minute. Pe electrozii de aur interdigitati pot fi depuse biomateriale, specifice aplicatiilor necesare (enzime, anticorpi, etc.).
 |
Senzorul impedimetric de Au pe PET obtinut prin tehnologia InkJet |
_________________________________________________
3. Micro/nanosenzori pentru aplicatii in medii ostile
_________________________________________________
Senzori pe carbura de siliciu (SiC) pentru aplicatii in medii ostile (0-450 oC)
Persoana de contact: Dr. Razvan PASCU (razvan.pascu@imt.ro)
In colaborare cu UPB si ICPE-CA, in IMT fost dezvoltata şi optimizată o tehnologie pentru fabricatia a două tipuri de senzori: senzor de temperatură pe bază de structură tip diodă Schottky, respectiv senzor de gaz pe bază de structură tip capacitor MOS. Senzori de temperatura pe SiC care sa functioneze in parametri normali la temperaturi inalte: diode Schottky pe SiC.
Caracteristici I-V la diferite temperaturi de măsură ale unei diode Schottky pe SiC
Variaţia tensiunii aplicata cu temperatura de măsură
Diodele Schottky pe SiC au fost caracterizate electric la temperaturi ridicate, monitorizând variaţia tensiunii directe cu temperatura de măsură, demonstrand astfel funcționarea lor ca senzori de temperatură ridicată, pana la 450ºC. Caracteristicile I-V-T sunt exponentiale pana la temperatura de 450ºC, fapt ce demonstreaza o functionare corecta a senzorului de temperatura bazat pe o dioda Schottky pe SiC la temperaturi ridicate. Acest comportament este sustinut si de variatia liniara a tensiunii directe cu temperatura de masura. In urma unor fitari liniare pe caracteristicile VF vs. T, s-a determinat sensibiliatea senzorului de temperatura in functie de curentul direct de polarizare (vezi inset). Applied Physics Letters 106 (26), 261605, 2015 (R. Pascu, M. Danila coauth)
Diodele Schottky pe SiC dezvoltate au fost folosite pentru realizarea unui sistem de masura a temperaturii in cuptorul de ciment de la CEPROCIM, in paralel cu sistemul clasic utilizat in mod curent. Senzorul dezvoltat in IMT a functionat 9 luni in parametri, fata de 1.5 luni cat este timpul de viata al unui senzor comercial.
Rezultatele au fost obtinute in cadrul proiectului PNII-PCCA ctr 21/2012 – SiC-SET
_________________________________________________
Micro/nanosenzori cu unde acustice de suprafata/ volum; e.g. Structuri SAW pe GaN/Si ca senzori de temperatura in gama de temperatura 6-423 K
Contact: Dr. Alexandru MULLER, Dr. Alexandra STEFANESCU (alexandru.muller@imt.ro, alexandra.stefanescu@imt.ro)
Structuri originale de SAW single resonator au fost realizate de laboratorul L4 din IMT in cadrul proiectului FP7 IP Project No 288801 - «Smart integration of high power electronics for industrial and RF applications», SMARTPOWER, 2011- 2016. Proiectul a fost coordonat de Thales TRT, Franta si IMT este partener alaturi de alti 14 parteneri.
Senzorul de temperatura SAW este o solutie pentru monitorizarea temperaturii in conditii de mediu ostile. Structura este compatibila cu transmisia de date wireless si cu integrarea monolitica cu alte componente de circuit pe GaN. Se doreste colaborarea cu o firma pentru transmisia wireless a datelor de temperatura.
Structurile de SAW single resonator au traductorul interdigitat (IDT) cu 150 de digiti/interdigiti de latime 200 nm, 170 nm, 150 nm si 120 nm (realizate in IMT, prin tehnici avansate de nanolitografie) si lungime de 100 µm. Reflectorii avand 50 de digiti si interdigiti au fost plasati la 0.95 µm distanta de IDT. Senzorii de temperarura SAW au fost caracterizati si s-au facut masuratori ale variatiei frecventei de rezonanta cu temperatura in gama -268ºC- +150ºC folosind cryostatul SHI-4H-1 de la firma Janis Research, din dotarea laboratorului, capabil sa faca masuratori de la 5K la 500K. Din variatia frecventelor de rezonanta in functie cu temperatura, s-a determinat sensitivitatea, cu o valoare peste stadiul actual (> 60 ppm/ºC).
(a) Structura SAW single resonator cu 150 digiti/interdigiti avand 170 nm latime; insertul prezinta intreaga structura; (b) detaliu al nanolitografiei [A. Muller, International Microwave Symposium -IMS 2014, 1-6 June, Tampa, USA pp 46-48]
Frecventa de rezonanata functie de frecventa pentru structura cu latime digit/interdigit de 200 nm; Insertul prezinta variatia liniara in gama 20 .. 150 oC [A. Muller, International Microwave Symposium -IMS 2014, 1-6 June, Tampa, USA pp 46-48]
_________________________________________________
4. Senzori pentru industria auto
_________________________________________________
Senzor de torsiune pentru automobile electrice
Persoana de contact: Dr. Gabriel-Moagar POLADIAN (gabriel.moagar@imt.ro)
Rezultate Proiect ENIAC (2011 – 2014) (numai cele cu TRL > 4)
Aplicaţii: sisteme de tracţiune pe orizontală şi/sau verticală, industria auto, energetică (maşini rotative)
 |
Main achievements for the torque sensor
|
diagrama Concept à Demonstrator TRL5 |
|
Comparative view of achievements |
|
 |
|
Verification results for the torque sensor |
|
 |
|
_________________________________________________________________________________
Alte directii de cercetare-dezvoltare: Componente fotonice
Dispozitive si sisteme de unde milimetrice