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DESARROLLO DE UN SISTEMA DE REGENERACIÓN CELULAR MEDIANTE
ESTIMULACIÓN ELÉCTRICA
Presentado por:León Maldonado 0033024
Resumen
Una nueva técnica para fabricar interfaces bioelectrónicas sobre superficies de ITO, depositado en películas delgadas sobre vidrio, de una manera costo-efectiva. Dicho procedimiento combina técnicas de fotolitografía para transferir patrones circuitales al substrato ITO/vidrio seguido de etapas de reducción electroquímica del estaño en estado de oxidación (IV) presente en el ITO a estaño (II) → estaño (0) y luego disolución química del estaño no deseado. Usando placas de ITO/vidrio (con una sola cara conductora) de 2.5 cm2 y 2 mm de espesor como materia prima, se obtuvieron interfaces estructuradas las cuales encuentran su mayor campo de aplicación en lo que a estimulación eléctrica de células vivas (con fines de regeneración ó destrucción) in Vitro refiere y también como biosensores, entre otras
La Unidad de Gestión de Tecnologías en Salud (UGTS) de la Universidad Simón Bolívar en su misión de extender el alcance de sus investigaciones científicas, permite el desarrollo de alternativas innovadoras para la implementación de soluciones técnicas en el área de la biofísica y bioingeniería que se traduzcan en fuentes de beneficio para la sociedad y el ambiente.
Unidad de Gestión de Tecnologías en SaludSoluciones de Ingeniería para los Problemas de Salud
IntroducciónI. Problema
IntroducciónPlanteamientoJustificaciónAlcance y limitacionesObjetivos
II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
AGENDAElectrónica
Biología celular Electroquímica
publicación aplicación
LAB ON A CHIP
Conciencia multidisciplinaria
PlanteamientoI. Problema
IntroducciónPlanteamientoJustificaciónAlcance y limitacionesObjetivos
II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Tipo de Interfaz Biocompatibilidad ConductividadEléctrica Opacidad
PCB No Si Muy opaco
ITO/vidrio Si Si Transparente en filmes delgados
JustificaciónI. Problema
IntroducciónPlanteamientoJustificaciónAlcance y limitacionesObjetivos
II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Versatilidad de la aplicación
Factible en Venezuela
Costo-efectividad
Beneficios en el campo de la salud
Alcance y limitacionesI. Problema
IntroducciónPlanteamientoJustificaciónAlcance y limitacionesObjetivos
II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Ruptura de paradigmasRegeneración ó destrucciónBiosensores
Equipos dentro de la USB
ObjetivosI. Problema
IntroducciónPlanteamientoJustificaciónAlcance y limitacionesObjetivos
II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Objetivo General: Definición del proceso de fabricación de un prototipo circuital basado en las propiedades del material óxido de Indio y Estaño (ITO) para el desarrollo de un sistema de regeneración celular mediante estimulación eléctrica. Objetivos Específicos: Estudio de posibilidades, técnicas y materiales para microfabricación en la USB Estudio de posibilidades, técnicas y materiales para microfabricación en empresas privadas. Transferencia del patrón circuital deseado a placas de ITO/vidrio mediante fotolitografía, reducción electroquímica y erosión química. Pruebas de conductividad y respuesta eléctrica. Diseño de un sistema para visualización y registro adecuado a las necesidades del diseño.
BioelectrónicaI. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
DispositivosDe
Estado sólido
Estructuras Moleculares
CélulasTejidos
+
Bioelectrónica
BioelectromagnetismoI. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Comportamiento y efecto de campos electromagnéticos sobre
tejido biológico excitable
Leyes de Maxwell
Teoría de la reciprocidad
Miniaturización y microfabricaciónI. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
FotolitografíaI. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Deposición y disolución(etching)I. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Deposiciones químicas:- CVD- Electrodeposición- Crecimiento epitaxial- Oxidación térmica
Deposiciones físicas:- PVD- Evaporación térmica- Chisporroteo (Sputtering)- Casting
Disolución (etching):- Seca (Dry etching)- Húmeda (Wet etching)
Óxido de Indio y Estaño (ITO)I. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
óxido de indio III (In2O3)óxido de estaño IV (SnO2)
90/10; 95/5; 80/20
Propiedades:Transparencia ópticaAlta conductividad eléctricaBiocompatibilidad → no inhibe el crecimiento de células vivas
Presentación:Filmes delgados Fino polvo Bloques (blancos para
chisporroteo)
Óxido de Indio y Estaño (ITO)I. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Substratos: Vidrio
PET (Entereftalato de polietileno)PEN (Enaftelato de Polietileno)
Aplicaciones del ITO:Pantallas de cristal líquido (LCD)Diodos orgánicos emisores de luz
(OLEDs)Diodos orgánicos fotovoltaicos
(PLEDs)Transistores Orgánicos (TFTs)Chips sobre vidrio (COG)Arreglos de micro electrodos (MEAS)
Técnicas para estructurar patrones sobre ITO: FotolitografíaBombardeo de ionesImpresiónSol-gel Láser
Óxido de Indio y Estaño (ITO)I. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
ElectroquímicaI. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Se encarga de estudiar las reacciones de transferencia electrónica en la interfase entre un conductor electrónico y una solución electrolítica
Asimismo estudia las reacciones de reducción-oxidación, también conocidas como Redox, las cuales implican un intercambio de electrones variando las cargas eléctricas en la especie reaccionante.
ElectroquímicaI. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Oxidación: En la oxidación la sustancia pierde electrones y el electrodo donde ocurre se denomina ánodo, donde el potencial es positivo con respecto a la solución. Reducción: En la reducción la sustancia gana electrones y el electrodo donde ocurre se denomina cátodo, donde el potencial es negativo con respecto a la solución. Número atómico: Representa el número de protones existentes en el núcleo de un átomo. Número de oxidación: El número o estado de oxidación es la carga eléctrica positiva o negativa asignada a cada átomo de un compuesto o ión monoatómico o poliatómico. Lo que simplemente significa, el número de electrones en exceso o de déficit que se le asigna a un elemento con respecto a su número atómico, cuando forma parte de un compuesto o está en forma de ión.
ElectroquímicaI. Problema II. Marco Teórico
BioelectrónicaBioelectromagnetismoMiniaturización y MicrofabricaciónFotolitografíaDeposición y disolución (etching)Óxido de Indio y estaño (ITO)Electroquímica
III. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Voltametria La técnica voltamétrica para análisis electroquímico consiste en obtener información sobre procesos de reducción y oxidación haciendo un barrido de potencial para observar gráficamente cómo se comporta la corriente. Dependiendo del tipo de barrido, puede ser lineal, cíclica, de impulsos o de redisolución. Cronoamperometría Esta técnica consiste en establecer un pulso de potencial fijo, por un tiempo determinado y así registrar el comportamiento de la corriente en función del tiempo.
FotolitografíaI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Limpieza delSubstrato
Aplicación delFilme
fotorresistivo
Pasada porLaminadora
Exposición aLuz UV
Revelado porAspersión
Exposición aLuz UV
FotolitografíaI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
FotolitografíaI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Reducción electroquímicaI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Solución electrolítica: Sulfato de Sodio Na2SO4 (0.1M)
Objetivo:Sn IV →Sn II → Sn 0
Sistema de 3 electrodos: Alimentación → Potenciostato
Un electrodo de trabajo (Rojo): el cual va conectado a un cable tipo caimán y debe estar en contacto con la placa de ITO/vidrio.
Un electrodo de referencia (Azul): es un electrodo de plata-cloruro de plata y su función es referir los potenciales eléctricos del electrodo de trabajo.
Un contraelectrodo (Negro): es un electrodo cilíndrico de alambre de platino, el cual permite la oxidación de las especies químicas y en consecuencia cerrar el circuito eléctrico.
Reducción electroquímicaI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Reducción electroquímicaI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Montaje sistema
electrodos
VoltametríaLineal
Cronoamperometría
Reducción electroquímicaI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Potencial de reducciónSn II → Sn 0 = -1.5V
Disolución químicaI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Disolución de fotorresistencia
en Solvente Bungard
Disolución delEstaño
metálico en HCl (0.1M)
Soldadura de terminalesI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Pasta a base de Plata
(Monómero)Iniciador
AplicaciónDe
Cobre laminado
Soldadura deEstaño para el
cableado
Sistema de visualizaciónI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Sistema de visualizaciónI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Sistema de visualizaciónI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultados
FotolitografíaReducción electroquímicaDisolución químicaSoldadura de terminalesSistema de visualización
IV. Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones y recomendacionesI. Problema II. Marco TeóricoIII. Metodología y resultadosIV. Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones:
Objetivos propuestos fueron cumplidos
Queda demostrada la factibilidad técnica para la fabricación de este tipo de dispositivos en Venezuela a bajo costo
Los propósitos interdisciplinarios rinden frutos
Recomendaciones:
Equipar Laboratorio de circuitos impresos
Profundizar diseño de los patrones circuitales tomando en cuenta variables eléctricas
Investigar posibles mejoras en la técnica, materiales y equipos usados