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