DISPOSITIVO INTRACELULAR UTIL COMO ACTUADOR O ELEMENTO SENSOR DE ACTIVIDAD BIOLÓGICA
Esta invención pretende resolver Ia limitación existente actualmente en los campos de Ia biología y de Ia medicina que, desde siempre, han estudiado y manipulado células y tejidos como un conjunto integral y, tradicionalmente, desde el exterior, por tanto, tratando de no afectar Ia actividad biológica intracelular.
La presente invención se basa en que los inventores han observado que dispositivos de base de silicio de dimensiones micro o nano (dimensiones físicas laterales comprendidas entre los 50 nanómetros y las 5 mieras, y un espesor entre los 20 nanómetros y las 2 mieras), pueden utilizarse como dispositivos intracelulares actuadores o sensores de actividad biológica sin afectar a Ia viabilidad celular permitiendo, a su vez, el estudio en vivo de parámetros en diferentes procesos dentro de las células y los tejidos, por ejemplo como biosensor de actividad enzimática o cambios de funcionalidad celular.Se ha comprobado que estos dispositivos de silicio pueden internalizarse en células tanto de forma espontánea como artificial. Así inicialmente, se evaluó Ia internalización del dispositivo de Ia invención en diferentes tipos de células y tejidos: macrófagos humanos, células HeLa y de Dictyostelium discoideum, retina de embriones de pollo y embriones de ratón,, observándose que incluso en los casos de embriones, células altamente sensibles, eran claramente biocompatible.
Estos dispositivos de base de silicio son bien conocidos para el desarrollo de aplicaciones electrónicas, pueden ser impresos o marcados con determinados rasgos trazados de forma selectiva y controlada en las superficies que pueden conllevar múltiples operatividades y fabricados combinando técnicas fotolitográficas, microelectrónica de silicio y de nanofabricación.Esta técnica combinada está esencialmente basada en Ia combinación de un dispositivo en lámina y una lámina de guía que recubre una oblea de silicio. Las dimensiones verticales del dispositivo de Ia invención se pueden fijar con una precisión nanométrica del espesor del dispositivo (silicio o polisilicio), mientras que las técnicas fotolitográficas definen las dimensiones laterales con una precisión micrométrica o submicrométrica. De forma resumida, el dispositivo es obtenido por un ataque vertical de Ia capa estructural, seguido por su liberación de Ia oblea soporte mediante el ataque de Ia capa de sacrificio. Al final, los dispositivos son suspendidos en etanol y recogidos mediante ultrasonidos. Esta aproximación proporciona más de 150 millones de dispositivos al procesar una oblea de 4 pulgadas, cada uno de los cuales presenta una forma y tamaño perfectamente reproducible y controlado. Tras estudiar distintas formas y dimensiones los dispositivos con dimensiones laterales o diámetro de 1.5-3 μm y con un espesor de 0.5 μm (polisilicio) o de 1.5 μm (silicio) se seleccionaron para los estudios presentados en Ia presente invención. Un dispositivo de 3 μm puede ser introducido en una célula, y ser visible mediante microscopía de luz convencional. Se trata ahora de mencionar las variables celulares observables mediante estos dispositivos inventados. Si se emplean como un sensor, se dirá entonces que se mide alguno de los llamados, de forma general, "Parámetros intracelulares físicos". Se trata en este caso de magnitudes físicas observables en el interior de las células como puedan ser, Ia viscosidad, temperatura y presión. Del mismo modo se hablará de los "Parámetros intracelulares químicos", que serán todas aquellas magnitudes químicas medibles, como, por ejemplo, el pH o el potencial redox. Aun más, tal y como se utiliza en Ia presente invención el término "Parámetro intracelular biológico", se refiere así, de igual manera, a cualquier magnitud que ponga en evidencia Ia presencia de determinados compuestos biológicos, o bien su acción dentro del medio.
Al ser esta tecnología muy versátil y basada en tecnologías convencionales de las industrias semiconductor/MEMS/NEMS, incrementa las posibilidades de generar dispositivos más complejos, combinando materiales o en 3D en un futuro, por ejemplo, para producir una nanobobina en un dispositivo mediante Ia técnica Focused Ion Beam. Dispositivos compuestos de diferentes materiales pueden abrir nuevas posibilidades para nuevas aplicaciones. Por ejemplo, dispositivos han sido fabricados de polisilicio y oro, con una alta definición de formas y tamaños. Las sustancias que recubren los diferentes materiales poseen diferentes utilidades. Estas sustancias pueden detectar diferentes parámetros intracelulares, o unas se pueden utilizar para detectar y las otras para mover el micronano dispositivos intracelular a Ia zona precisa en Ia célula, donde se han de detectar los parámetros intracelulares o unas pueden servir para detectar y las otras para visualizar Ia partícula.
Para determinadas aplicaciones, el micronano dispositivo de Ia invención puede también estar estructurado en tres dimensiones para constituir un MEMS o un NEMS intracelular, posibilidad que ofrece Ia tecnología de microfabricación y nanofabricación. Este hecho permite que a un solo dispositivo estructurado en varias dimensiones se Ie pueda dotar de una o varias funcionalidades.
A su vez, un distintivo de esta invención, pueden contener una o más funciones lógicas diferentes, en un mismo dispositivo. Entendiendo cómo se ha dicho líneas arriba, por función lógica operativa interna cualquier depósito particularizado por su naturaleza y su forma, que permite realizar una determinada medida u observación de un parámetro o actividad en el interior de Ia célula residente. Así, estos dispositivos intracelulares pueden comprender uno o varios elementos sensibles, o aptos, para determinar parámetros químicos y/o físicos intracelulares e igualmente, con capacidad de registro y/o emisión de una señal que sea observable y medible por los experimentadores e incluso como un actuador, por ejemplo para Ia vehiculización de substancias como medicamentos o para Ia eliminación de Ia célula mediante una acción como Ia hipertermia o por un tóxico. La manera de llevar a cabo un buen número de determinaciones y actuaciones, todas ellas casi en un mismo tiempo, se puede lograr mediante Ia definición e implementación de una llamada "lógica interna operativa". Se define esta lógica interna como Ia colocación en Ia superficie del dispositivo de una serie de trazos o motivos (logrados mediante aplicación de técnicas conocidas como Ia litografía y otras varias mencionadas más adelante). Esos trazos o motivos son necesarios para que el dispositivo pueda efectuar todas y cada una de las funciones o tareas, bio-fisico-químicas, para las cuales se ha diseñado. Cada trazo o motivo de una lógica corresponde a una funcionalidad bien determinada. La gran ventaja industrial de estos dispositivos reside en el hecho de que se pueden fabricar con una bien experimentada tecnología microelectrónica y de nanofabricación, ambas caracterizadas por lograr dimensiones reducidas (en el rango antes mencionado), y que a su vez que se pueden producir en grandes cantidades, bajo formas y dimensiones distintas, y todas bien elegidas por el diseñador, como se logra en Ia fabricación microelectrónica.
La fabricación de los dispositivos de Ia presente invención se realiza con técnicas de microfabricación y nanofabricación tomadas de Ia industria microelectrónica y de Ia fabricación de MEMS y NEMS. Las técnicas de litografía se emplean durante el proceso de fabricación para definir Ia lógica interna y las áreas en dónde colocar los materiales funcionales dentro de los dispositivos.Para Ia fabricación de dispositivos intracelulares más complejos se utilizan combinaciones de las técnicas microelectrónicas y de fabricación de MEMS y NEMS.
Gonzalez Hernandez Ezequiel CRF
No hay comentarios:
Publicar un comentario