Continua miniaturizare a mutat industria de semiconductori și  în domeniul nanocipurilor lider producătorii de pe drumul lor de a CMOS folosind  tehnologia procesului de 22nm.  Tranzistori cu dimensiunea de zeci de nanometri, cercetatorii au inceput sa exploreze interfața de biologie si electronica prin integrarea componente nano-electronice și celulele vii. In timp ce cercetatorii au experimentat deja cu integrarea celule  vii în materiale semiconductoare,  alte cercetari este de a explora în sens opus, adică integrarea nanoelectronica  in celulele vii. Multe procese biologice suporta in interiorul celulelor, iar  aceste procese pot diferi de la o celulă la alta. Dezvoltarea de instrumente de  micro-și nano mai mici decât celulele vor ajuta la intelegerea masini celulare  la nivel de celula unica.  Toate tipurile de procese termice mecanice,  biochimice, electrochimice și ar putea fi studiat folosind aceste  dispozitive.  O celulă tipică uman este dimensiunea de aproximativ 10 micrometri pătrați, ceea  ce înseamnă că sute de mici tranzistori de astăzi ar putea încăpea într-o  singură celulă.  În cazul în  care rata actuală de miniaturizare continuă, până în 2020, aproximativ 2.500 de  tranzistori – echivalent cu microprocesoare din prima generație de calculatoare  personale – ar putea încadra în zona unei celule tipic de viață. Dedus din  numărul de tranzistori care se potrivesc pe zona unei celule tipic (10 μm2) față  de an “Micro-și nanoelectronicelor procesele de azi deja ne-ar permite să producă  complexe structuri microscopice 3-dimensionale ca senzori și actuatori” José  Antonio Plaza spune Nanowerk.  “Structurile complexe, mai mici decât celulele, pot fi produse în masă cu precizie nanometri în formă și dimensiuni și la un cost scăzut deja. În plus, mai multe materiale diferite (semiconductori, metale, și izolatori) ar putea fi model pe cip de siliciu cu dimensiunile exacte si geometrii . Plaza, un cercetator la Departamentul de Micro si nanosisteme,  Institutul de Microelectronica de Barcelona IMB-CNM (CSIC), impreuna cu o echipa de colegi, a demonstrat că cipurilor de  siliciu mai mici decât celulele pot fi produse, colectate, și internalizate in  interiorul celulelor vii de diferite tehnici (lipofecție, fagocitoza sau  microinjectarea) și, cel mai important, ele pot fi utilizate ca senzori  intracelulare.  Echipa a publicat concluziile sale intr-un numar recent de  mici ( “cipurilor de siliciu intracelulara in celulele  vii” ). . Plaza subliniază că multe studii  s-au ocupat cu fabricarea si asimilarea celulare de diferite forme si organizat  de micro-si nanoparticule.  Aceste particule sunt  în principal produse de sinteză chimică și acestea au fost demonstrate pentru a  avea un impact mare în nanomedicinei. “Schimb”, spune el, “cipurilor de siliciu  s-au dovedit a avea aproape aplicații nelimitate în multe domenii ale vieții  moderne. Astfel, întrebarea în munca noastră a fost de a demonstra că cipurilor  de siliciu, produs la scara micro-si nanoparticule, poate fi . utilizate ca  senzori intracelulare Aceste cipuri sunt realizate dintr-un material  semiconductor tipic – siliciu – si produs de tehnologii comune de fabricație  industriale bazate pe procese fotolitografice ” Rodrigo Gómez-Martínez,  primul autor de hartie, explică faptul că, în comparație cu micro-si  nanoparticule, cipuri de siliciu intracelulare au mai multe avantaje  potențiale:

–   Precizie nanometrică în  forma și dimensiunile

–   Integrarea de materiale diferite, cu diferite dimensiuni si  geometrii

–   Nanostructurare 3D

–   Integrarea electronică

–   Integrarea de componente  mecanice

–  Și toate avantajele MEMS și  NEMS

. In experimentele lor, echipa spaniolă fabricate diferite loturi de chips-uri de  polisiliciu și apoi a ales tipul de dispozitiv mai potrivit cu dimensiuni  laterale de 1,5-3μm și cu o grosime de 0,5 microni să fie plasate în interiorul  celulelor vii.  Pentru a demonstra în continuare versatilitatea tehnicii, au  studiat integrarea diferitelor materiale într-un singur cip și capacitatea lor  nanostructurare 3D prin utilizarea altor tehnici obișnuite, cum ar fi  microelectronica frezare FIB. Imagini SEM ale unei 3μm x 3μm x  0.5μm polisilicon cip intracelular arătat înainte (stânga) și după (dreapta) a  nanostructurare bobina 3D de FIB nanoprocesare. Scale bar ∼3µm. Scala ~  3μm. (reprinted with permission from  Wiley-VCH Verlag) (Retipărită cu permisiune de la Wiley-VCH  Verlag)  “Experimente preliminare de incubare celulele HeLa cu cipuri de  siliciu policristalin a dat randamente mici de chips-uri intracelulare  internalizate”, spune Patricia Vázquez și Teresa Suárez, biologii din  echipa.  “Am folosit apoi lipofecție  (încapsularea materialelor într-o veziculă lipide numit lipozomi) pentru a  obține rate mai mari de celule care conțin ICC După introducerea chips-uri in celulele vii, cercetatorii au  observat că celulele au rămas în viață și sănătose.  Ei au descoperit ca peste 90% din populația care conține cip  care conține celule HeLa au ramas viabile la 7 zile după lipofecție. . “Pe baza experimentelor  noastre, putem concluziona că pe baza de siliciu  fabricate  chips-uri intracelulare pot fi internalizate de către celule eucariote care  trăiesc fără a interfera cu viabilitatea celulelor, și chips-uri funcționalizate  pot fi folosite ca senzori intracelulara, deoarece acestea pot interactiona cu  citoplasma celulelor”, spune Plaza.  “Aceste cipuri au dimensiuni similare la multe  sintetizate micro-si nanoparticule, dar ei au avantajele tehnologiei de  siliciu-cip. Cipuri intracelulare oferi mai mare flexibilitate si versatilitate  în forma și mărimea și pot fi nanostructurate în trei dimensiuni și integrate cu  mai multe materiale (semiconductori , izolatori, metale) la nivel de cip-scară.  “  Principalele  aplicații ale viitoare cipuri intracelulare va fi studiul de celule individuale,  precum și depistarea precoce a bolilor și noi mecanisme de reparații  celulare.Echipa  spaniolă prevede că intracelulare chips-uri pe baza de siliciu va oferi  posibilități nelimitate pentru proiectarea de dispozitive inovatoare cu  aplicatii intracelulare. viitorul apropiat, noi  cipuri intracelulare va permite caracterizarea și cuantificarea, la nivel de  celula unica, iar in vivo monitorizarea în timp real a evenimentelor  celulare, precum și orientarea specifică site-urile de acțiune sau de livrare de  droguri eficiente in interiorul celulelor țintă “, spune Plaza.  Ce echipa spaniolă a făcut este doar un prim pas spre intracelular  MEMS și NEMS pe baza de siliciu inovatoare. Acum, provocările pentru cercetare viitoare va fi  dezvoltarea de noi tehnologii pentru a produce MEMS și NEMS mici decât celulele  (dispozitive de mici, cu piese mecanice, electrice, magnetice și / sau  chimic) În mod clar,  efectul acestor structuri privind viabilitatea celulară este o problemă  fundamentală. Deși observațiile  inițiale au fost promitatoare, citotoxicitatea mai sistematică și teste de  biocompatibilitate va fi necesar dacă noi materiale sau structuri 3D vor fi  folosite pentru aplicatii intracelulare. “Cum aceste dispozitive sunt de gând să interacționeze  cu celulele vii și de a efectua activități senzoriale este o nouă interogare  fascinant”, spune Plaza.

By Michael Berger. De Michael Berger. Copyright  Nanowerk Copyright Nanowerk