Introdução aos Biossensores e Bio-MEMS
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Questions and Answers

Qual é uma das principais vantagens dos sistemas MEMS em relação a sensores e atuadores tradicionais?

  • Redução do custo de fabricação (correct)
  • Baixa confiabilidade
  • Maior complexidade no processo de fabricação
  • Desempenho inferior

    • Qual dos seguintes materiais é convencionalmente utilizado na microfabricação?

  • Metal
  • Polímeros
  • Papel
  • Silício (correct)

    • Qual é uma desvantagem do silício em aplicações de Bio-MEMS?

  • Bioincompatibilidade (correct)
  • Baixo custo
  • Alta transparência
  • Alta resistência

    • Quais polímeros são mencionados como comuns em Bio-MEMS?

    <p>PMMA, PDMS e SU-8</p> Signup and view all the answers

    Qual é uma das características vantajosas do papel em microdispositivos?

    <p>Serve como filtro de partículas e célula</p> Signup and view all the answers

    Qual das seguintes afirmações sobre polímeros em Bio-MEMS é verdadeira?

    <p>São compatíveis com aplicações biológicas</p> Signup and view all the answers

    Qual é o processo pelo qual os fluidos se movem em dispositivos microfluídicos de papel?

    <p>Por forças de capilaridade</p> Signup and view all the answers

    Qual desvantagem não está associada ao uso de polímeros em Bio-MEMS?

    <p>Alta resiliência</p> Signup and view all the answers

    Qual é a principal característica do processo de eletrodeposição?

    <p>Envolve a aplicação de um potencial elétrico entre o substrato e um contra-eletrodo.</p> Signup and view all the answers

    Qual das seguintes opções é uma técnica de deposição física por vapor (PVD)?

    <p>Evaporação</p> Signup and view all the answers

    Qual é a principal desvantagem do PVD em relação ao CVD?

    <p>A qualidade dos filmes é geralmente inferior.</p> Signup and view all the answers

    Qual é um dos métodos comuns de evaporação em PVD?

    <p>Evaporação resistiva</p> Signup and view all the answers

    O que ocorre na técnica de sputtering?

    <p>Ionização do gás gerado cria plasma.</p> Signup and view all the answers

    Qual dos seguintes materiais é frequentemente depositado por eletrodeposição?

    <p>Ouro</p> Signup and view all the answers

    Qual é a função do vácuo durante o processo de evaporação em PVD?

    <p>Permitir que as moléculas evaporadas se movam livremente.</p> Signup and view all the answers

    Qual técnica deve ser usada quando é necessário atingir temperaturas de evaporação muito altas?

    <p>Evaporação por canhão de elétrons</p> Signup and view all the answers

    O que é um biossensor?

    <p>Um dispositivo que combina um componente biológico com um transdutor físico-químico.</p> Signup and view all the answers

    Qual das opções abaixo representa componentes que podem ser integrados em um MEMS?

    <p>Sensores, atuadores e microprocessadores.</p> Signup and view all the answers

    Qual é uma das vantagens dos sistemas MEMS?

    <p>Eles permitem a fabricação de sistemas mecânicos complexos em um único substrato de silício.</p> Signup and view all the answers

    Como são normalmente fabricados os componentes eletrônicos dos MEMS?

    <p>Usando os mesmos processos utilizados na fabricação de circuitos integrados.</p> Signup and view all the answers

    Qual é o papel dos atuadores em um sistema MEMS?

    <p>Executar ações mecânicas.</p> Signup and view all the answers

    Qual é um dos principais desafios na construção de sistemas biomédicos com MEMS?

    <p>Obter precisão em escalas muito pequenas.</p> Signup and view all the answers

    Que tipo de tecnologia de fabricação é usada para produzir componentes mecânicos em MEMS?

    <p>Micromecanização e microfabricação.</p> Signup and view all the answers

    Qual é a principal vantagem de integrar biossensores com MEMS?

    <p>Proporcionar funcionalidades adicionais em uma única plataforma.</p> Signup and view all the answers

    Qual a principal diferença entre a erosão de íon reativo (RIE) e a erosão por arranque (sputter etching)?

    <p>RIE envolve uma reação química enquanto sputter etching não envolve.</p> Signup and view all the answers

    Por que a erosão isotrópica é indesejada quando o tamanho dos padrões é semelhante à espessura do filme?

    <p>Porque resulta em uma erosão uniforme que pode danificar os padrões.</p> Signup and view all the answers

    Qual dos seguintes gases é frequentemente utilizado na erosão de íon reativo (RIE)?

    <p>Freon (CF4, SF6)</p> Signup and view all the answers

    Como a mudança nas condições do processo afeta a anisotropia da erosão?

    <p>Promove uma maior contribuição da parte química da erosão em vez da física.</p> Signup and view all the answers

    Qual afirmação sobre a erosão por arranque (sputter etching) é verdadeira?

    <p>É semelhante ao RIE, mas sem a contribuição reativa.</p> Signup and view all the answers

    Qual é o principal benefício da técnica de 'spin coating'?

    <p>Proporciona controle preciso da espessura dos filmes.</p> Signup and view all the answers

    O que caracteriza a fotolitografia?

    <p>Uso de radiação do espectro visível para alterar propriedades de materiais.</p> Signup and view all the answers

    Qual a diferença entre resina positiva e negativa na fotolitografia?

    <p>A resina positiva remove a região exposta; a negativa remove a não exposta.</p> Signup and view all the answers

    Qual a função do fotoresist na transferência de padrões?

    <p>Serve como máscara temporária para erosão em camadas abaixo.</p> Signup and view all the answers

    Como acontece o processo de pulverização catódica (sputtering)?

    <p>Os íons são acelerados para formar uma camada de vapor.</p> Signup and view all the answers

    Qual é uma característica do material fotossensível utilizado em litografia?

    <p>Altera suas propriedades físicas sob exposição à radiação.</p> Signup and view all the answers

    Qual é a principal limitação do fotoresist em micromecanização?

    <p>Não possui boas propriedades mecânicas para usinagem.</p> Signup and view all the answers

    Qual é um dos métodos de aplicação do material em 'casting' (spin coating)?

    <p>Por pulverização ou rotação.</p> Signup and view all the answers

    Qual é o processo de remoção do material depositado sobre o resist chamado?

    <p>Lift-off</p> Signup and view all the answers

    Quantas marcas de alinhamento são geralmente necessárias para alinhar adequadamente uma máscara com o substrato?

    <p>Duas marcas</p> Signup and view all the answers

    Qual é uma característica importante a considerar ao posicionar marcas de alinhamento?

    <p>Devem levar em conta a capacidade de deslocamento do alinhador de máscara</p> Signup and view all the answers

    O que pode acontecer se a imagem for subexposta durante o processo de transferência de padrões?

    <p>A transferência não será completa</p> Signup and view all the answers

    Qual é a diferença entre erosão úmida e erosão seca?

    <p>A erosão úmida dissolve o material por imersão em solução química</p> Signup and view all the answers

    Qual fator pode impactar a precisão na transferência de padrões durante a exposição?

    <p>A comprimento de onda da radiação e dose requerida</p> Signup and view all the answers

    O que é essencial para o resist utilizado durante a erosão úmida?

    <p>Deve ser resistente à solução de ataque</p> Signup and view all the answers

    Qual é o principal resultado da erosão realizada em uma estrutura MEMS?

    <p>Formação de uma função estrutural</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Introdução aos Biossensores

    • Biossensores são dispositivos analíticos que combinam um componente biológico com um transdutor físico-químico, utilizados para detectar analitos.

    MEMS

    • MEMS (Sistemas Microelectrónicos-Mecânicos) são dispositivos que podem integrar sensores, atuadores e processadores numa única plataforma.

    Bio-MEMS

    • Bio-MEMS resultam da integração de biossensores com MEMS, adicionando funcionalidades adicionais.

    Tipos de Bio-MEMS

    • Microneedles e microeletrodos implantáveis
    • Organ-on-a-chip e cultura de células microfluídicas
    • Chips PCR
    • Microarrays e chips de diagnóstico de ponto de cuidados
    • Microreactores
    • Lab-on-a-chip
    • Biossensores miniaturizados

    MEMS - Sistemas Micro-Eletromecânicos

    • A utilização de silício permite a fabricação de sistemas complexos em wafers.
    • MEMS permitem a integração de microeletrónica, microsensores e microatuadores, criando produtos inteligentes.

    MEMS - Escalas e Dimensões

    • Os MEMS são tipicamente fabricados em substratos de silício utilizando tecnologias de microfabricação.
    • O processo de fabricação é semelhante ao utilizado na fabricação de circuitos integrados.
    • Componentes micromecânicos são fabricados usando microfabricação, que seletivamente remove partes ou adiciona novas camadas de silício para criar dispositivos eletromecânicos.

    Vantagens dos MEMS

    • A distinção entre sistemas mecânicos complexos e circuitos eletrónicos integrados é atenuada.
    • Sensores e atuadores são os componentes mais caros e menos fiáveis dos sistemas de sensores/atuadores, os MEMS permitem reduzir esses custos e melhorar a fiabilidade.
    • Os MEMS permitem construir sistemas eletromecânicos complexos utilizando as técnicas de produção de circuitos integrados, reduzindo o custo de produção e melhorando a fiabilidade.
    • Produzem dispositivos com melhor desempenho e menores custos de produção.

    Materiais em Bio-MEMS

    • Silício: Material comumente utilizado na microfabricação. Vantagens: vasta experiência em fabricação, disponível em alta pureza, boas propriedades físicas e químicas, permitindo a integração de componentes eletrônicos e mecânicos numa única estrutura. Desvantagens: alto custo, incompatibilidade biológica, falta de transparência e fragilidade.
    • Polímeros: Materiais atraentes devido à facilidade de microfabricação, baixo custo, elevada transparência e resistência, biocompatibilidade. Os polímeros mais comuns são PMMA, PDMS e SU-8.
    • Papel: Ganhou importância recente como suporte para dispositivos microfluídicos. Sua porosidade permite o uso como filtro de partículas e células, suportado pela ação capilar.

    Processo de Microfabricação

    • Processo similar ao das indústrias microeletrónicas (utilizando técnicas fotolitográficas ou processos de escrita direta).
    • Etapas: conceção, análise de modelos 3D, geração de máscaras/padrões, remoção de excesso de material, transferência de padrões, deposição de materiais, isolamento de áreas e testes.

    Processamento MEMS

    • Há apenas três operações básicas para a fabricação de microestruturas: deposição de materiais, definição/transferência de padrões e remoção/erosão.

    Processos de Deposição de Películas Finas em MEMS

    • Reacionais: CVD (Deposição Química em Fase de Vapor), Electrodeposição, Epitaxia, Oxidação Térmica. Ocorre por reações químicas com o substrato, criando películas a partir de gases ou líquidos.
    • Físicos: PVD (Deposição Física em Fase de Vapor), Fundição. Ocorre por movimentação física do material para o substrato, sem reações químicas.

    Tipos de CVD

    • LPCVD (CVD de Baixa Pressão): Boa uniformidade e propriedades das películas, mas com temperaturas elevadas (acima de 600°C) e baixa taxa de deposição.
    • PECVD (CVD Aumentada por Plasma): Processo de baixa temperatura (típicamente abaixo de 200°C), devido à energia adicional fornecida pelo plasma, mas qualidade das películas pode ser menor do que em processos em temperaturas mais elevadas.

    Tipos de PVD (Deposição Física de Fase de Vapor)

    • Evaporação: liberação de moléculas de material a partir de uma fonte aquecida, seguido pela condensação do vapor no substrato.
    • Evaporação por canhão de electrões.
    • Evaporação resistiva.
    • Deposição por pulverização (Sputtering): liberação de átomos mediante colisão de iões de gases no alvo material, e posterior deposição em todo o substrato.

    "Casting" - Revestimento por Rotação

    • Técnica simples para deposição de materiais poliméricos.
    • O material é dissolvido em solvente, aplicado ao substrato e o solvente é evaporado.

    Definição/Transferência de Padrões - Litografia

    • Transferência de padrões para um material fotossensível (fotoresist) usando uma fonte de radiação (como luz).
    • O fotoresist muda suas propriedades em resposta à radiação, permitindo a transferência do padrão
    • Fotolitografia: subdivisão da litografia onde a radiação é utilizada no espectro de frequência visível.

    Remoção/Erosão - Gravura (Etching)

    • Umédia: Dissolução do material por imersão num reagente químico. Pode envolver anisotropia (velocidade de erosão diferente em diferentes direcções).
    • Seco: Retirar o material por meio de íons reactivos ou gases erosivos. Processos como RIE (Etching de Iões Reactivos) e Sputter (Etch por pulverização) são exemplos de técnicas de gravura seca.

    Alinhamento de Máscaras

    • É fundamental alinhar as máscaras para criar dispositivos complexos.
    • Usando marcas de alinhamento nas máscaras, facilita o alinhamento preciso das camadas durante a fabricação.

    Exposição

    • Parâmetros de exposição para transferência de padrões precisam ser cuidadosamente controlados para uma alta precisão.
    • Difração da luz e exposição/sub-exposição do padrão devem ser controlados para atingir o padrão desejado.

    Exemplos de Aplicações

    • Automotivos (sensores de pressão, acelerómetros, microfonia para cancelamento de ruídos, sensores de pneus, sensores de airbags).
    • Medicina (sensoriamento de pressão do sangue, próteses musculares, estimuladores musculares, sensores para diagnóstico médico).

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    Este quiz explora os conceitos fundamentais de biossensores e Bio-MEMS, incluindo suas aplicações e tipos. Você aprenderá sobre estruturas como organ-on-a-chip e microarrays, além da integração de sistemas microeletrónicos com dispositivos biológicos.

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