Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "Immuunsysteem op chip: immuuncelinteracties met weefselbarrières op sensor-geïntegreerde microfluïdische chips." "Liesbet Lagae" "Fysica van Zachte Materie en Biofysica" "Microfysiologische systemen (MPS) zijn microfluïdische chips die meerdere celtypen bevatten en als doel hebben een menselijk orgaan in een specifieke context na te bootsen. Dit is met name interessant voor de preklinisch ontwikkeling van geneesmiddelen, gezien er momenteel voornamelijk gebruik wordt gemaakt van dierlijke modellen of vereenvoudigde in vitro-modellen. MPS zijn ook krachtig in het nabootsen van complexe ziektes omdat ze menselijke cellen in dynamische omgevingen kunnen bestuderen. Het menselijke immuunsysteem is een zeer complex samenspel van cellen en moleculen dat sterk verschilt van andere soorten. Deze complexiteit maakt het dan ook moeilijk om het immuunsysteem in vitro te bestuderen. Het doctoraatsproject heeft tot doel nieuwe in vitro methoden te ontwikkelen voor het monitoren van de integriteit van weefselbarrières en het kwantificeren van de interacties met het immuunsysteem, met behulp van imec's MPS platform. Specifiek zal de focus liggen op het onderzoeken van de transmigratie van immuuncellen en macromoleculen over weefselbarrières door het ontwikkelen van nieuwe assays op basis van elektrische meettechnieken. Hiervoor zal het MPS-platform worden uitgerust met een geïntegreerd microfluïdisch systeem en geavanceerde multi-elektrode-arrays, waardoor veranderingen in de weefselbarrière met een uitzonderlijke spatiotemporele resolutie opgevolgd kunnen worden." "This grant is to support the work conducted by Patrik Verstreken on project Brain on a Chip Hands- On Training Workshops (VIB) to support hands-on ""brain on a chip"" trainings for researchers in the Neurodegeneration Challenge Network (NDCN)" "Patrik Verstreken" "Verstreken Lab" "Studying how the brain operates and how brain function is affected by neurodegenerative diseases, specifically Parkinson’s disease and Tauopathies, analysing neuronal communication abd synaptic survival." "Insluitbare ultradunnen Chip pakketten (E-TChiP)" "Jan Vanfleteren" "Vakgroep Elektronica en Informatiesystemen" "Insluitbare ultradunnen Chip pakketten (E-TChiP) Om redenen van vertrouwelijkheid kan de projectbeschrijving niet openbaar gemaakt worden. Voor meer informatie gelieve de (co)promotor te contacteren." "De constructie van het menselijk hoornvlies op een chip." "Translationele Neurowetenschappen (TNW)" "De stijgende prevalentie van oogziekten en onze toenemende levensverwachting heeft de vraag naar oogheelkundige therapieën versneld. Hoewel er een duidelijke markt is voor nieuwe oogheelkundige geneesmiddelen, moeten deze geneesmiddelen ook veilig zijn. Er zijn twee standaardbenaderingen voor preklinische drugstests; 1) de in vitro benadering waarbij menselijke cellen of cellijnen voornamelijk op plastic worden getest, en 2) in vivo diermodellen van specifieke ziekten. Geen van deze benaderingen is ideaal, aangezien beide aanzienlijk afwijken van de echte menselijke in vivo status en de natuurlijke omgeving van de hoornvliescellen. Bovendien kunnen bijwerkingen optreden bij de patiënten die niet in vitro of in vivo in de diermodellen zijn opgetreden maar wel verwoestende gevolgen voor de patiënten kunnen hebben . Organ-on-chip (OoC)-technologie is een opkomende biomedische discipline die een driedimensionale dynamische weefselomgeving wil vormen om de menselijke fysiologie beter te modelleren. OoC is voortgekomen uit de computertechnologie en heeft als doel de kleinst mogelijke functionele eenheid te reproduceren die de chemische, mechanische en functionele aspecten van menselijke organen vertegenwoordigt. Dit op microfluïde celkweekchips waar meerdere menselijke celtypen samen kunnen groeien en op elkaar inwerken zoals in het weefsel. Het potentieel van OoC in de oogheelkunde, en met name het hoornvlies, is nog niet ten volle benut. Het hoornvlies is van uitgesproken farmacologisch belang, omdat de meeste oculaire medicijnen als oogdruppel worden toegediend. Huidige oftalmologische in vitro modellen zijn beperkt tot slechts één of twee lagen van het hoornvlies. In werkelijkheid is het hoornvlies een zeer complex 'orgaan' bestaande uit vijf lagen, die elk een zeer specifieke fysiologie en functionele rol hebben. OoC-technologie maakt het mogelijk om een echte cornea-on-a-chip te maken, inclusief elke hoornvlieslaag, waarbij de natuurlijke staat zo dicht mogelijk wordt benaderd. De transparantie van het hoornvlies is het gevolg van het complexe samenspel tussen de cellen en de omliggende ondersteunende structuren. Wanneer een van de lagen is aangetast, beïnvloedt dit rechtstreeks de integriteit van het hoornvliesstelsel, wat mogelijk kan leiden tot cellulaire schade of celdood, wat op zijn beurt direct invloed heeft op het gezichtsvermogen. Elke laag van het hoornvlies speelt een rol in het geneesmiddelabsorptieproces. De epitheellaag van het hoornvlies is lipoïdaal van aard en fungeert als de eerste weefselbarrière voor medicijnabsorptie. Anderzijds is het stroma hydrofiel en omvat 90% van de dikte van het hoornvlies. Het endotheel is de binnenste laag, een barrière die stroma scheidt van voorkamervocht. Deze laag helpt de transparantie te behouden dankzij het pomp- en lekmechanisme dat het stroma in een relatief gedehydrateerde toestand houdt. Naast problemen met betrekking tot de absorptie van de geneesmiddelen, vermindert de metabolisatie door corneale enzymen ook de biologische beschikbaarheid van geneesmiddelen. De werking van de drie hoornvlieslagen zorgt voor homeostase en dus transparantie. De medicijnen om ooggerelateerde aandoeningen te behandelen, evenals postoperatieve medicatie (hypotensieve druppels, antibiotica, mydriatica en ontstekingsremmende medicijnen) worden lokaal aangebracht en moeten door het hoornvlies reizen waar ze off-target schade kunnen veroorzaken. Het hoornvliesmodel dat in dit project wordt voorgesteld omvat de drie belangrijke hoornvlieslagen: epitheel, stroma en endotheel. In bestaande in vitro modellen wordt meestal alleen het epitheel en in zeer weinig gevallen een deel van het stroma opgenomen. Het doel van het project is een proof-of-concept te leveren voor de productie en de validatie van een cornea-on-chip-model van het complete menselijke hoornvlies inclusief alle cellagen, dat de fysiologische omgeving precies nabootst om menselijk hoornvlies zo goed mogelijk te benaderen." "Geavanceerde korte-puls lasers op een chip gebaseerd op nieuwe materiaalcombinaties en verbeterde (niet-)lineair optische responsen (LASMORE)" "Nathalie Vermeulen" "Toegepaste Natuurkunde en Fotonica, Fotonica Team Brussel" "Gepulste ‘modelocked’ lasers hebben een brede impact op de moderne wetenschap en samenleving, en kunnen vandaag geïntegreerd worden op zeer kleine chips gebaseerd op ‘actieve’ halfgeleiderplatformen zoals het indiumfosfide (InP) platform. ‘Modelocked’ InP lasers geïntegreerd op een chip bestaan meestal uit een InP golfgeleiderresonator die een InP versterker en een nietlineair optische InP verzadigbare attenuator (VA) bevat. Niettegenstaande de grote vooruitgang in de ontwikkeling van deze lasers blijft het een uitdaging om er zowel een hoog piekvermogen (>1W) als een korte pulsduur (" "Microbiële chip om cellen te vangen, analyseren en de sturen (MICCAS)" "Nico Boon" "Vakgroep Biotechnologie" "Het algemene doel van het voorstel is om het volledige potentieel van de combinatie van moderne micro-elektronica te benutten en micro-fabricagetechnieken met microbiologische functionaliteit. Met deze trouwen interdisciplinaire aspecten zullen toelaten om een ​​nieuwe klasse chips te bouwen die nieuwe en nieuwe chips mogelijk maken radicaal verschillende benaderingen in microbiële ecologie. Het MICCAS-project creëert een unieke instelling om een ​​multifunctioneel hulpmiddel te ontwikkelen waarmee we detectie, identificatie en manipulatie van kunnen detecteren microbiële populaties. Het doel vanuit elektrotechnisch oogpunt is - voor de eerste tijd - om de volledige kracht van het CMOS-circuit te combineren met microfabricagetechnieken voor microbacterieel manipulatie en analyse. Vanuit microbiologisch oogpunt zal de MICCAS-chip dat doen laat toe unieke bacteriële vingerafdrukken te verkrijgen die het gevolg zijn van de Raman-verstrooiing of elektrisch impedantiespectroscopie. Dit kan uiteindelijk leiden tot de ontwikkeling van goedkope online microbiële monitoring tools. Verder de capture- en release-eigenschappen van deze unieke MICCAS-microchip zal ons ook in staat stellen om synthetische microbiële gemeenschappen te creëren die gebruikt zullen worden om te antwoorden ecologische vragen op het gebied van microbiële domesticatie." "Het ontcijferen van cellulaire complexiteit van hersentumoroïde door middel van High Definition MEA Chip Biosensing" "Liesbet Lagae" "Fysica van Zachte Materie en Biofysica" "Hersentumoren behoren tot de meest kwaadaardige tumoren van de mens met een 5-jaars overlevingskans van slechts ~20%. Deze verwoestende ziekte vormt een ernstig gezondheids- en maatschappelijk probleem. De meest voorkomende en kwaadaardige primaire hersentumor bij de mens is Glioblastoma multiforme (GBM), die nog steeds grotendeels ongeneeslijk is met een sterftecijfer van ~90% en een gemiddelde overleving van 12-15 maanden. De huidige klinische interventie van hersentumoren bestaat uit het operatief verwijderen van het kwaadaardige weefsel, dat vaak terugvalt, en het toedienen van medicijnen is een van de meest effectieve behandelingen voor hersentumoren. De ontwikkeling van effectieve geneesmiddelen voor hersentumoren wordt echter bemoeilijkt door vijf belangrijke uitdagingen: (1) inefficiënte passage van geneesmiddelen door de bloed-hersenbarrière; (2) grote genetische diversiteit; (3) hoge interpatiëntiële en intratumorale heterogeniteit; (4) > 90 subtypen van maligniteiten van het centrale zenuwstelsel (CZS); en (5) complexe cellulaire samenstelling en tumor micro-omgeving. Daarom zal de ontwikkeling van een innovatief biosensing platform met single cell precisie en high throughput drug screening mogelijkheden dieper inzicht geven in de cellulaire complexiteit van hersentumoren en de ontdekking van geneesmiddelen vergemakkelijken. Dit doctoraatsproject onderzoekt het potentieel van IMEC's MEA-chiptechnologie om de cellulaire complexiteit van hersentumoroïden te ontcijferen door de elektrofysiologische dynamiek van de verschillende GBM-componerende celtypes te karakteriseren bij ééncellige resolutie na medicijn perturbatie. Deze celtype-specifieke elektrofysiologische karakteristieken zullen vertaald worden in een real-time niet-invasief biosensing platform voor high throughput on-chip screening van celtype-gerichte therapeutica." "Chip Scale elektrisch aangedreven optische frequentiekammen" "Bart Kuyken" "Vakgroep Informatietechnologie" "Ik zal frequentiekammen bouwen die zijn geïntegreerd op optische chips die met CMOS-technologie in massa kunnen worden vervaardigd. In tegenstelling tot de huidige chip-schaal Kerr kam gebaseerde oplossingen, hoeven ze niet optisch te worden gepompt met een krachtige continue golf laser en kunnen ze veel smallere kamafstanden hebben. De uitdaging hier is tweeledig. Ten eerste moeten we elektrisch aangedreven geïntegreerde geluidsarme oscillatoren maken. Ten tweede moeten we de drempel van de huidige niet-lineaire optische interacties op de chip verlagen met een orde van grootte om ze te gebruiken in on-chip OFC-generatoren." "Kracht- en betrouwbaarheidskarakterisering van multi-level back-end-of-line onder Chip Package interaction loading" "Ingrid De Wolf" "Structurele Materialen, Structurele Materialen (SCALINT)" "Door de toenemende vraag naar betere prestaties van IC, ontstaan er nieuwe uitdagingen in betrouwbaarheid wanneer de complexiteit van de interconnect laag toeneemt. Deze bestaan niet alleen uit het verkleinen van afmetingen, maar ook uit het gebruik van nieuwe materialen. Een van de belangrijkste doelen van de halfgeleiderindustrie is het verhogen van de snelheid van IC's (zowel front-end-of-line als back-end-of-line) door de RC-vertraging te verminderen. Hoewel door downscaling de prestaties reeds verhoogde door de afname in poortvertragingen, blijft de vertraging van de interconnect laag toenemen, hetgeen de prestaties van IC's aanzienlijk belemmert. Om dit te omzeilen en de RC-vertraging te verminderen, worden ultra low-k diëlektrica, met lage diëlektrische constante, geïntroduceerd in BEOL (Back-end-of-line). De verbetering in elektrische eigenschappen die gepaard gaat met het introduceren van low-k diëlektrica, komt echter ook ten koste van een verminderde mechanische integriteit.Dit is van cruciaal belang, omdat de BEOL wordt blootgesteld aan hoge thermo mechanische spanningen die worden veroorzaakt door de verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten (CTE) tussen de silicium substraat met Cu / low-k-interconnecties en de verpakking tijdens verschillende verwerkingsstappen, wat kan leiden tot verschillende  faalmechanismes in de BEOL.In dit werk wordt een werkmethode voorgesteld om CPI-gerelateerde BEOL-fouten op te lossen. Deze bestaat uit verschillende stappen. Als eerste stap is een speciaal CPI-test structuur (oftewel testchip) met de naam PTCR ontworpen, bestaande uit verschillende CPI-sensoren, die op verschillende locaties in de chip zijn geplaatst, met als doel fouten te detecteren tijdens het verpakkingsproces en de betrouwbaarheid testen. De testchip bestaat uit verschillende BEOL-configuraties, met verschillende metaal- en luchtspleet dichtheden, evenals verschillende passiverings- en stres beperkende modules.Als tweede stap wordt een compact analytisch model gemaakt, dat wordt gebruikt om de impact van verschillende BEOL-ontwerpen (metaaldichtheid, luchtdichtheid, passiveringsdikte, enz., die we ontwerpvariabelen noemen) op de mechanische eigenschappen van de BEOL te evalueren. Het doel van de analyse is om de invloed van de ontwerpvariabelen op het fundamentele niveau beter te begrijpen, waarbij we een significante toename in BEOL-stijfheid en breuktaaiheid zien met de toename van via dichtheid en lage K-stijfheid. Na een analytische analyse wordt een meer gedetailleerde numerieke analyse uitgevoerd met behulp van FEM-simulaties (Finite Element Method), waarbij de nadruk ligt op metaal via peel stress. De modellen worden gebruikt om responsoppervlakken voor verschillende vias te ontwikkelen, waardoor kritieke ontwerpvariabelen eenvoudig kunnen worden geïdentificeerd. Daar zien we een vermindering van de via-spanningen met 20% met de toename van de via-dichtheid. Bovendien wordt een besluitvormende techniek geïntroduceerd met het doel om het beste BEOL-ontwerp te identificeren, op basis van vooraf gedefinieerde criteria, die in dit geval via spanningen zijn.De eerste experimentele validatiestap is een nano-indentatietest op wafer niveau. Deze test is een eenvoudige, snelle en herhaalbare techniek waarmee de mechanische eigenschappen van afzonderlijke materialen en BEOL-stapels in de vroege stadia van de fabricage kunnen worden bepaald. Met behulp van de nano-inkepingstechniek hebben we de invloed van via- en luchtspleetdichtheid op de mechanische stabiliteit van de BEOL bepaald door de scheurlengte na de nano-indentatietest te meten. De via dichtheid bleek een significante invloed te hebben op de scheurlengte, waarbij een toename in gemiddelde via dichtheid de scheurlengte significant verlaagt. Aan de andere kant heeft de verandering in luchtspleetdichtheid geen invloed op de scheurlengte in de BEOL. Om de nano-indentatie experimenten te complementeren, zijn een aantal wafer-niveau-afschuivingstests uitgevoerd op industriële 28 nm-node structuren. Uit tests is gebleken dat bij veranderende belastingen (in termen van lagere afschuifsnelheid), de manier van falen volledig kunnen veranderen, van bump falen tot BEOL falen. De verandering in de manier van falen gaat gepaard met de verandering van de vereiste zijdelingse kracht, waarbij het BEOL falen een lagere kracht vereist. Twee verschillende faalwijzen toonden ook een ander scheurpatroon in de passivering.Na de beoordeling op wafer niveau wordt een twee-stappen pakket niveau validatie uitgevoerd. In de eerste stap wordt een pre- en post-verpakkingsvergelijking van PTCR CPI-teststructuren gemaakt. De analyse heeft aangetoond dat van zodra de via dichtheid daalt tot minder dan 1% in een van de BEOL-lagen, er een grotere kans is dat falen zal optreden. Bovendien zal een verlaging van de gemiddelde via dichtheid het ongeveer 30% waarschijnlijker maken dat scheurvorming zich in meerdere BEOL-lagen zal voortzetten. In de tweede stap wordt een cyclisch thermische betrouwbaarheidstest uitgevoerd, die werd gebruikt om de invloed van via dichtheid en verschillende passiveringsmodules te beoordelen. Net als in de vorige tests resulteerde een toename in gemiddelde via dichtheid in een kleiner aantal fouten, met bijna een halvering in het geval van een dunne passiveringsmodule. Het wijzigen van de passiveringsdikte heeft ook een aanzienlijke impact op het aantal BEOL-falingen, waarbij de kleinere passivering het aantal falen ten opzichte van de dikke passivering vermindert als gevolg van lagere restspanningen. BEOL falen kunnen verder worden verminderd door verschillende strategieën voor stressvermindering toe te passen. Er moet echter voor worden gezorgd dat de integriteit van de interconnecties tussen chips onderling niet wordt aangetast. In het bijzonder zal het toevoegen van een zachte bufferlaag sommige BEOL-falingen verminderen, echter ten koste van een toename van het aantal falingen op het bump niveau, waarbij het totale falingspercentage 25% kan bereiken na 2000 thermische cycli. Ten slotte is een falingsanalyse op pakketniveau uitgevoerd. In het eerste geval worden scheuren zichtbaar in de BEOL na het maken van een dwarsdoorsnede van de verpakking, en gevolgd door een SEM-inspectie. Een tweede techniek wordt ook geïntroduceerd, waarbij de volledige BEOL wordt blootgesteld aan een combinatie van pakket decapsulering, Si-verdunning en Si-etsing. In beide gevallen was het grootste deel van de scheuren aanwezig in de zwakke BEOL-lagen, waarbij een poreus diëlektricum met lage k waarde werd gebruikt. We kunnen concluderen dat het met het ondernomen onderzoek mogelijk is om de invloed van een breed gamma van ontwerpvariabelen in verschillende ontwerp- en fabricagefasen te evalueren en verschillende oplossingen te implementeren voor het verbeteren van de mechanische integriteit van de BEOL onder CPI-belasting." "Microfluidische electro-optische chip voor deeltjesmanipulatie en biosensing" "Kristiaan Neyts" "Vakgroep Geneesmiddelenleer, Vakgroep Elektronica en Informatiesystemen" "Dit project wil een nieuwe techniek ontwikkelen om nanodeeltjes in een vloeistof te karateriseren. Deze techniek bestaat uit de combinatie van een optische val met electroforese van individuele deeltjes. Deze vernieuwende combinatie heeft recent zijn gevoeligheid en juistheid aangetoond. Uiteindelijk zal deze techniek on-chip geminiaturiseerd worden, resulterend in een volledig geïntegreerde microchip voor analyse van individuele deeltjes. Met deze chip zal de specifieke binding van biomoleculen onderzocht worden."