Microsisteme electromecanice (MEMS)

Materiale biocompatibile utilizate la MEMS-uri şi procedee

pentru asigurarea biocompatibilităţii dispozitivelor

Referat:

Iacobsohn Ionuţ-Alexandru

GRUPA:56RC

1. Introducere

Până în prezent, cea mai mare parte a efortului de dezvoltare în domeniul microsisteme-

electromecanice (MEMS) s-a concentrat pe dispozitive sofisticate pentru a satisface cerinţele

aplicaţiilor industriale. În orice caz, dispozitivele MEMS pentru aplicaţiile medicale (BioMEMS)

reprezintă o piaţă cu un potenţial de milioane de dolari, constând în principal din dispozitive

microminiature cu o funcţionalitate înaltă care sunt potrivite pentru implanturi. Aceste sisteme

implantate ar putea revoluţiona diagnosticarea medicală şi modalităţile de tratare.

Microstimulatoare musculare implantabile pentru persoanele cu dizabilităţi au fost deja dezvoltate.

Senzorul de precizie combinat cu circuite integrate de procesare şi telemetrie poate monitoriza de

la distanţă orice număr de parametrii fizici sau chimici în corpul uman, astfel pemiţând evaluarea

stării medicale a unui individ. În cele din urmă, ne aşteptăm ca acest dispozitiv să adminstreze un

tratament terapeutic sau conform instrucţiunilor de la distanţă. Pe altă parte, tehnologia de

procesare MEMS, este de asemenea, folosită pentru fabricarea matriţelor cu microstructuri

(micropatterned) pentru a procesa polimerii biocompatibili pentru culturile celulare și pentru a

modela microdispozitivile pasive simple, cum ar fi implanturile retinei , electrozii neuronali, acele

biocapsulele.

Efortul preliminar s-a axat pe proiectarea și fabricarea BioMEMS cu scopul de a obține

anumite funcționalități. De exemplu, dispozitivele trebuie ambalate și sterilizate, iar dispozitivul

rezultat trebuie să fie compatibil cu gazda în care sunt implantate. Un pionier în acest domeniu a

declarat că "Biocompatibilitatea este singura cea mai complexă problemă cu care se confruntă

dezvoltarea senzorilor in vivo și necesită o abordare în față în design-ul senzorului ".

1.1 Începutul cercetării

Pentru comercializarea dispozitivelor, datele publicate privind biocompatibilitatea materialelor

MEMS sunt substanțial limitate. Protocoalele de testare au variat de la cercetător la cercetător și

de testare în conformitate cu ISO 10993,

În continuare, se evaluează biocompatibilitatea și incompatibiliatea materialelor pentru

microfabricarea dispozitivelor MEMS folosite în serviciile medicale, de administrare a

medicamentelor.Răspunsul “in vivo “ inflamator și vindecarea ranilor datorită materialelor MEMS

utilizate pentru servicii medicale, aurul metalic, nitrura de siliciu, dioxidul de siliciu, siliciu și

fotorezist-ul SU-8TM, au fost evaluate folosind sistemul de implantare al capsulelor.

Materialele, plasate în capsule de oţel inoxidabil, s-au implantat subcutanat intr-o rasa de

rozătoare. Exudatele din carcase au fost extrase în eprubete la 4, 7, 14, şi 21 de zile,reprezentând

etape ale răspunsului inflamator, fiind măsurate și concentraţiile de leucocite (leucocite / ml) . În

general, răspunsurile inflamatorii provocate de aceste materiale nu au fost semnificativ diferite de

cele rezulatate in urma supravegherii comportarii capsulei goale pe toată durata studiului.

Densitatea suprafeței celulare a materialului , un indicator de bioincompatibilitate in mediul

liber, a fost determinată de analiza electro-microscopica a materialelor extrase la 4, 7, 14, şi 21 de

zile. Aderența densităților celulare de aur, nitrură de siliciu, dioxid de siliciu, şi SU-8TM a fost

comparabila şi statistic e mai mica decât la siliciu. Aceste analize identifica materialele utilizate la

MEMS, aur, nitrură de siliciu, dioxid de siliciu, SU-8TM, şi siliciu ca biocompatibil cu aur, nitrura

de siliciu, dioxid de siliciu, şi SU-8TM aratand reducerea bioincompatibilității.

Tehnologia MEMS bazată pe Siliciu începe să influențeze domeniul serviciilor medicale cu

perfecționarea biocapsulelor micrometrice și imuno-izolante. Cantitatea de date despre

biocompatibilitate și bioincompatibilitate este necesară nu numai în sprijinul alegerii materialului

pentru dispozitive pentru aplicații medicale, dar și pentru întelegerea suplimentară a interacțiunilor

în mediul liber dintre tehnologie și mediul biologic.

În figura următoare se poate vedea un sistem implantabil în servicii medicale care utilizează

membrane de bază din aur pentru sigilarea individuală a rezervelor de medicamente.

Dispozitiv microcip pentru servicii medicale:vedere de sus asupra electrodului si a modulelor pt

rezervoare

Acest dispozitiv permite impachetarea individuală și sigilarea compușilor (componentelor),

împreună cu abilitatea de a accesa individual membranele pentru sigilarea rezervelor trecand la

fixarea reacției electrochimice(anod/catod). Obiectivul producerii dispozitivului MEMS este să

realizeze agenți terapeutici specifici dozați în monstre în combinații complexe. Dispozitivul poate

fi folosit pentru realizarea hormonilor, agenți chimioterapeutici, analgezice, anestezice și alți

agenți bioactivi.

Orice dispozitiv făcut pentru a fi de durată în aplicațiile din mediul liber trebuie să

îndeplinească condiții riguroase de biocompatibilitate și biostabilitate. În primul rând, nu trebuie

să producă toxicitate pentru țesuturile înconjurătoare, și nu trebuie să avarieze țesutul local prin

inducerea stresului mecanic. În al doilea rând,capacitățile dispozitivului MEMS pentru extragerea

medicamentelor nu ar trebui să fie compromise de țesuturile înconjurătoare.Specific,implantul

trebuie să tolereze expunere de durată pentru mediul fiziologic, de asemenea și rezistența la

impactul cu țesutul înconjurator și cu funcțiile sale (bioincompatibilitate).

Acestea fiind spuse, am investigat adeziunea celulară într-un scurt exemplu al indicatorilor

pentru biocompatibilitatea și bioincompatibilitatea materialelor utilizate pentru fabricarea

sistemelor cu dispozitive MEMS și anume, aurul, siliciu, dioxidul de siliciu, nitrura de siliciu, și

un strat de protecție la gravare(fotorezistor) SU-8TM ( figura următoare)

Dispozitiv MEMS pentru aplicații (servicii)medicale specificând materialele componente.

Dispozitivul MEMS utilizează foița de aur pentru fabricarea electozilor, dioxidul de siliciu și

nitrura de siliciu au fost utilizate pentru proprietățile lor dielectrice și structurale și SU-8TM a fost

utilizat pentru rezistență stratului la UV la fel de bine că și propietatile sale dielectrice. Compoziția

pentru SU-8TM se bazează pe bifenol multifuncțional. Înțelegerea interacțiunii material-țesut care

rezultă din implanatarea în mediul liber este un pas important în evoluția producției dispozitivelor

implantabile MEMS viabile și de durată.

2.Metode si materiale

2.1.Fabricarea dispozitivelor MEMS pentru servicii medicale

Materiale simple de dimensiune macroscopică au fost obținute utilizănd procesele din

fabricarea MEMS-urilor pentru aplicații medicale.Plăcuțele de Siliciu șlefuite au fost utilizate ca

substrat pentru alt material.Placutele au fost acoperite cu 3000A Nitrura de Siliciu utilizand o rata

de 10:1 a fluxului de gaz al amoniacului si al diclorsilan-ului. Alte plăcuțe au fost acoperite cu

100A înveliș de crom aderent si 3000A de aur într-un fascicul electronic evaporator.Fiecare

placuță a fost taiată în secțiuni de 9mm X 15mm.Fabricarea dispozitivelor MEMS pentru servicii

medicale a fost descrisă în prealabil și este ilustrată schematic în figura următoare.

Fabricarea dispozitivului:A=substrat de siliciu acoperit cu B=nitrura de siliciu si decuparea

acesteia in forma(modelul) rezervei.C=Rezerva este gravata in solutie KOH.D=aurul este depus

si modelat intre electrozi si E= stratul de dielectric este depus si modelat pentru a descoperi

anodul si catodul.

Nitrura de siliciu a fost depusa pe mijlocul unei placute de siliciu de 300um. Fotorezistul(stratul

protector) pozitiv a fost folosit pentru definirea deschiderilor largi ale rezervelor, iar nitrura de

siliciu a fost indepartată de la/pe ambele deschideri utilizand ion reactiv corodant. Nitrura

acioneaza ca o masca si corodarea inceteaza cand etalonul rezervei piramidale a fost corodat in

solutie KOH.In continuare forma electrodului de aur a fost definita utilizand fotorezistul(stratul

protector) negativ. Cromul si aurul au fost vaporizate pe placute si apoi forma lor a fost definita

prin eliminarea invelisului protector. Au fost utilizate doua tipuri de dielectric pentru placute

diferite.Plasma amplifica depunerea chimica de vapori si a fost utilizata pentru depunerea

dioxidului de siliciu. Oxidul a fost format cu fotorezistul(stratul protector) pozitiv si cu ion reactiv

corodant,cat timp SU-8TM a fost format direct.

Fabricarea capsulei

Exemplarele pentru toate materialele componente,aur,siliciu,dioxid de siliciu,nitrura de siliciu

si dielectric SU-8 au fost plasate separat in capsule formate dintr-o bucla din fire cilindrice din otel

inoxidabil masurand aproximativ 3.5 cm lungime si 1.0 cm in diametru.Bucla pentru capsula

pentru care a fost facuta este din otel inoxidabil 310,cu o dimensiune a buclei de 24,diametrul

firului de 0.254 mm(0.01 in),iar intervalul ingust masoara 0.8 X 0.8 mm^2.Inainte de fabricarea

capsulei,bucla este supusa ultrasunetelor in etanol pentru 15 min,urmata de o clatire de 10 min cu

apa distilata.Capsulele contin materialele respective fiind sterilizate cu oxid de etilena utilizand un

timp de expunere de 1h si 45min la 130 grade F(1 gard Fahrenheit=0.556 grade Celsius) iar in

afara gazului un timp de 12h la 120 grade F.

Implantarea

Capsulele sterilizate au fost implantate subcutanat si bilateral in regiunile din spate ale unei

femele cobia(rozatoare) in varsta de 12 saptamani,doua capsule per animal. A fost folosit

continuu un analgezic lichid pentru a mentine animalele inconstiente pe timpul

implantarii.Cobaii au fost tunsi iar pielea lor curatata chirurgical cu Betadina.A fost facuta o

incizie de 1.0-1.5 cm la circa 2cm de coada spre mijloc.Apoi a fos aplicata pe incizie 0.5%

solutie de anestezic local,pentru a minimiza discomfortul post-operator.Disectia a fost utilizata la

crearea unui buzunar pentru implant in partea din fata sub muschiul inferior tesutului inciziei

facute anterior bazinului(soldului).Capsula sterila care contine materialul a fost introdusa prin

incizie si pozitionata in interiorul buzunarului creat in alt loc fata de pozitia inciziei.Incizia a fost

apoi inchisa cu cleme chirurgicale pentru plagi din otel inoxidabil de 9mm,apoi a fost spalata cu

Betadina. Au fost observate tehnicile chirurgicale sterile.In plus,capsulele goale au fost sterilizate

si implantate intr-un grup separat de animale pentru control.

Analiza Exudatiei

La 4,7,14 si 21 de zile post-implantarii exudatia inflamata,care colecteaza in interiorul capsulei

raspunsul la prezenta capsulei si materialelor de test,fiind aspirata utilizand un ac de grosime 27 ½

si o seringa de 1 cm^3 si a fost plasat intr-un tub microepruveta. Nu mai mult de 0.5 cm^3 din

exudat a fost inlaturat de la inceput, iar exudatul nu a fost extras de la acelasi animal de doua ori

la o perioada de 7 zile.Imediat dupa extragere,un submultiplu din fiecare exudat a fost cultivat intr-

o eprubete pentru infuzie, fiind incubată timp de 48h la 37 grade C pentru a verifica eventuale

infecții cu bacterii. Exudatele infectate la fel ca și cele contaminate sunt eliminate în analizele

viitoare.

Concentrația de exudat din globulele albe, a fost determinată printr-o simplă mixare. Urmarind

amestecul de celule din interiorul exudatilor, cate o proba 10ul din fiecare exudat a fost mixata cu

40ul de soluție diluanta colorata (Wright’s),utilizand o lentila microscopica.Numarul total al

celulelor obtinute au fost împarțite la 10 pentru a obține numărul mediu al celulelor per etalon.

Analiza SEM(analiza electro-microscopică)

Pe langă analiza exudației, capsulele au fost extrase iar probele sunt prelevate în zilele 4,7,14,și

21 pentru evaluarea SEM a celulelor aderente. După prelevare probele sunt spălate în fosfat

izotonic steril tamponate cu soluție salină . Materialele au fost apoi puse într-o soluție fixativă la

4grade C. După fixare, materialele au fost spălate în întregime cu apă distilată care deshidratează

treptat utilizând o serie de solutii pe baza de etanol(alcool etilic) cu o concentratie de (30%-50%-

70%-95%-100% de etanol).Materialele au fost tratate de doua ori(30 min/tratament) cu un agent

deshidratant(de uscare).Dupa uscare,materialele au fost acoperite cu picaturi de aur-aparator si

analizate electro-microscopic(SEM).Utilizand SEM, a fost determinata densitatea celulara

prezenta intotdeauna in detaliu pentru fiecare material (celule/mm^2).In plus,celulele morfologice

aderente ale materialelor au fost investigate in fiecare punct al analizei.

Analize statistice

Datele obtinuțe pentru toate grupele de material au fost comparate cu cele obținute la studierea

capsulei goale. Analizele statistice au fost raportate utilizând programul de test StatViewTM.

3.Rezultate

3.1.Analiza Exudatului

Analizele exudatului inflamat din interiorul capsulei a demonstrat că toate materialele, cu

excepţia suprafeţelor de siliciu extrase în zilele 7 şi 14,au provocat răspunsuri inflamatorii acute si

cornice similare cu cele de la studiul capsulelor goale la toate momentele de timp.Siliciu la zilele

7 şi 14 a avut o concentraţie de leucocite(concentratia totala de leucocit TLC) semnificativ mai

mare . Cu toate acestea, in ziua 21 concentratia TLC a siliciului se apropie comparabil de nivelele

obtinute in cazul capsulei goale. Toate materialele induc raspunsuri acute inflamatorii de la început

caracterizate prin niveluri PMN (leucocite polimorfonucleare) ridicate comparabile cu datele

obtinute in cazul capsulelor goale. Raspunsurile inflamatorii acute rezultate în primele 14 zile de

studiu şi concentraţia de PMN descresc practic la zero pentru a treia oară pentru toate materialele.

La ziua 14, tipurile predominante de celule au fost monocite şi limfocite. În ziua 21 numărul de

celule a scăzut la o concentraţie minimă pentru toate materialele şi la fel si in cazul capsulei goale.

3.2.Analiza SEM

Imaginea analizei SEM a fost folosită pentru a determina populaţiile de globule albe aderente

si celulele corpului strain gigant (celulele corpului strain gigant FBGCs), precum şi pentru a

investiga modificările temporale în morfologia celulară. Metoda SEM, ca un instrument de

investigaţie a suprafaţei materialului, nu este de ajuns în determinarea dimensiunii reale a FBGCs,

care este in mod normal raportata ca număr de nuclee pe FBGC. Ca urmare, dimensiunea reală a

FBGCs nu a fost raportata. Cu toate acestea, imagini reprezentative ale adeziunii celulare pe

suprafete au fost achiziţionate, şi au fost deduse comparaţii calitative a mărimii bazate pe marirea

identica a microfotografiilor luate la momente diferite de timp. Numărul de globule albe şi FBGCs

a scăzut pe parcursul perioadei de implantare. Analiza calitativă SEM a ilustrat o secvenţă de

monocite / globule albe şi formarea FBGC (Fig. 4) cu o creşterea în dimensiune a FBGCs de-a

lungul timpului (Fig. 4B şiC).

Microfotografii doxid de siliciu SEM extras la ziua 4, 7, şi 14. Globulele albe în ziua 4 (A),

supuse unui proces de migrare si fuziune în ziua 7 şi 14 generand FBGCs mai mari(B, C).

Filmul de aur a arătat o aderenţă mai mare a globulelor albe decât alte materiale de la ziua 4,

în timp ce SU- 8TM s-a arătat cel mai mic la acelaşi moment timp (fig. 5).

FIG.5 Microfotografia SEM SU-8/aur prezintă aderenţă preferenţiala a globulelor albe pe

catod de aur în comparaţie cu filmul izolat SU-8TM( în zilele 4).

Răspunsurile inflamatorii acute la ziua 7 au fost caracterizate de numărul redus de celule. Au

fost observate evenimentele fuziunii active a globulelor albe(s-au strans toate intr-un singur loc),

după cum este ilustrat de agregarea(alipirea) initiala a celulelor din cauza migraţiei globulelor albe

(Fig. 6A), urmat de un proces de fuziune activ în care mai multe globule albe au fost în procesul

de fuziune cu FBGC generate iniţial (Fig. 6B).

Microfotografii SEM ilustrând amestecarea globulelor albe cu FBGC.Componenta inițială a

globulelor albe(ziua7 ,dioxid de siliciu), unde celulele individuale nu și-au amestecat citoplasmele.

Urmează amestecul citoplasmic, nucleul emigrează individual către centrul noilor FBGC

formate(ziua 14,dioxid de siliciu).Apoi FBGC-urile își măresc dimensiunea datorită amestecului

noilor migrații ale macrofagurilor cu celula gigant existentă (ziua 14,dioxid de siliciu).

Numărul de globule albe şi FBGCs a scăzut în zilele 14 şi 21 pentru toate materialele.

Morfologic, nu s-au observat diferenţe între globulele albe aderente sau adeziunea FBGCs pe toate

suprafeţele la fiecare moment . Pe baza analizelor exudatului de leucocite şi adeziune celulară,

placuța de siliciu pare a fi cea mai puțin biocompatibilă. Alte materiale, dioxid de siliciu, nitrura

de siliciu, aurul, şi-SU 8TM sunt comparabile în inducerea de răspunsuri inflamatorii, având un

rang mai mare de biocompatibilitate decât cel al placuței de siliciu. Analizele SEM a suprafeţelor

de material au relevat un proces de delaminare mecanică specifică materialelor SU- 8TM la

momente mai tarzii de timp (Fig. 7). Nu au mai fost observate delaminări mecanice cu alte

materiale.

Microfotografie SEM ilustrand delaminarea mecanica a SU-8TM in ziua 21. FBGCs au acoperit complet unele parti ale MEMS-urilor aşa cum este ilustrat de ( Fig. 8).

Analizele SEM nu pot determina dacă FBGCs este dezvoltat pe membrana de aur intactă sau

deteriorată.

Microfotografie SEM ilustrând varful FBGC .Nu este evident daca membrana de aur izolantă

este inca prezentă (dioxid de siliciu,ziua 4).

Materialele componente pentru MEMS au fost descoperite a fi biocompatibile si reduc

bioincompatibilitatea bazată pe exudare și analizele suprafețelor.În general, reacția inflamatorie a

acestor materiale nu este diferită semnificativ din punct de vedere statistic față de cea obtinută în

cazul studiului capsulei goale pe durata studiului efectuat. De asemenea, secvența formării

globulelor albe(FIG.6) a fost similară cu cea anterioară observată de Institutul Național de Inimă,

Plamani și Sânge referind material ca polietilena si polidimetilsiloxan și numeroase materiale

poliuretane biocompatibile considerate ca si candidate pentru aplicatii biomedicale.

Concentratia globulelor albe in exudatul din ziua 21 din partea suprafetei de siliciu explica

cresterea densitatii suprafetei pentru acele celule in comparatie cu alte materiale in acelasi timp

din acelasi loc. Cu toate acestea concentratia globulelor albe in exudatul din ziua 21 este mai mica

decat cea a polietilenei din clasa medicala in acelasi timp din acelasi loc.

Nitrura de siliciu si dioxidul de siliciu au fost comparate in starea lor de reactie inflamatorie si in

comportamentul bioincompatibil.Astfel,alegerea dielectricului intre nitrura de siliciu si dioxidul

de siliciu va depinde de proprietatile de fabricatie si de cele mecanice.

În timp ce SU-8TM părea a fi un material biocompatibil , a fost supus unei delaminari la un

moment de timp mai târziu . Se pare că delaminarea a inceput de la colturile materialului rezultand

astfel dezlipirea lor. Chiar dacă SU-8TM poate fi biocompatibil,în procesul de delaminare in

mediul liber il exclude ca o potentiala placuta de siliciu fotorezistenta, datorită capacitatii reduse

de lipire. Cu toate acestea, investigatia metodelor alternative de imbinare care pot atenua astfel de

probleme sunt în curs de desfăşurare.

Una dintre caracteristicile dorite intr-un aparat medical cu dispozitiv MEMS este abilitatea de

a genera un profil autorizat complex şi controlat în totalitate al agenţilor terapeutici multipli.S- a

sugerat ca o crestere a aderentei celulare,observate aici printr-un număr mare de globule albe şi

FBGCs, poate împiedica pe termen lung funcţionalitatea unui astfel de dispozitiv . Rezultatele

acestui studiu sugerează folosirea dioxidului de siliciu sau a nitrurii ca dielectrice pentru a

minimiza interferenţele posibile cu privire la funcţionarea dispozitivului datorita cresterii adeziunii

celulare. În plus, ar fi avantajos pentru siliciu sa fie supus unui proces de modificare a suprafeţei,

cum ar fi pasivizarea . Intr-un articol de specialitate s-a raportat biocompatibilitatea capsulelor de

siliciu microfabricate imunoizolate in vitro pentru până la 1 lună . Bazat pe studiile efectuate pe

insulină incapsulata in fiole, s-a concluzionat că aceste dispozitive au fost biocompatibile. Studiile

in mediul liber confirmă constatările in vitro, cu toate acestea, precauţii la nivelul de

biocompatibilitate a placutei de siliciu sugerează şi tratamente de suprafaţă pentru a spori

performanțele sale in mediul liber . Intr-un alt articol de specialitate se raporteaza

hemocompatibilitatea redusa a siliciului, nitrurii de siliciu,şi SU-8TM, precum şi cresterea

hemocompatibilitatii dioxidului de siliciu, comparativ cu controalele poliuretanului in vitro. Este

dificil să se interpreteze rezultatele noastre vis-à-vis de constatările in vitro, deoarece dispozitivele

noastre nu au fost evaluate în termeni de hemocompatibilitate. Cu toate acestea, este interesant de

a rezuma în constatările facute in vitro accentuarea importanţei aplicatiei clinice considerate ca un

parametru esential in proiectarea MEMS-urilor. Alţii au raportat cu privire la potenţialul de

coroziune în mediul liber a unui strat de oxid de siliciu pasivizat care apare cu o luna mai devreme

într-o matrice de senzori, reducand global biocompatibilitatea dispozitivului de-a lungul timpului.

Concluzii

Studiul de faţă a identificat materialele componente pentru fabricarea MEMS-urilor din

aparatele medicale, aur, nitrura siliciu, dioxid de siliciu, SU-8TM, şi siliciu ca biocompatibil cu

aur, nitrura de siliciu, dioxid de siliciu, şi SU-8TM arătând reducerea bioincompatibilitații.

Exemple de biodispozitive de tip MEMS

1.Biodispozitive pentru furnizarea de substanţe active

În figura de mai jos este prezentat un biodispozitiv implantabil pentru furnizarea insulinei. El

face parte dintr-o clasa mai largă, bazată pe aşa numitele biomicrocapsule, care au scopul de a

asigura un spaţiu sigur pentru o specie de celule închise într-o cavitate şi plasate în interiorul unui

organism gazdă.

Se creează o cameră imunoizolantă reprezentată de două membrane semipermeabile, care să

permită schimbul de nutrienţi cu exteriorul. Urmează închiderea camerei după introducerea

celulelor. Materialele membranei trebuie să asigure o funcţionare normală a celulelor încapsulate,

fără să permită recunoaşterea lor din partea corpului, deci evitarea funcţiilor de respingere.

Din punct de vedere tehnologic se porneşte de la corodarea anizotropă a două plachete de

siliciu până la obţinerea unor membrane subţiri cu grosimi de circa 10 μm. Aceste membrane sunt

porozificate astfel încât se obţin microcanale cu lungimi între 6-9 μm şi diametre nanometrice. Se

creează camera imunoizolantă. Se acoperă marginile plachetelor cu colagen sau albumină serică,

se introduc celulele în cavitate şi apoi se lipesc plachetele de siliciu, închizând camera.

Membranele semipermeabile din Si poros permit celulelor să funcţioneze normal (absorb nutrienţi

din exterior şi furnizează insulină prin membrana poroasă), fig.10 . S-a demonstrat că celulele

producătoare de insulină au o viabilitate de aproximativ 8 zile pe

substrat de Si poros, dar prezintă o proliferare superioară în aceste 8 zile pe Si poros faţă de

substratul de latex, clasic utilizat în biochimie.

Dispozitiv de furnizare a insulinei prin încapsularea celulelor secretoare de insulină între două

membrane de Si-poros.

Micropompe pentru vehicularea lichidelor

Sunt biodispozitive care combină structuri mecanice (micropompe, actuatori) cu structuri

microelectronice. În cazul Sistemelor Micro-Electr-Mecanice (MEMS) problemele sunt legate de

vehicularea biolichidului în spaţiul porţii tranzistorului. În mod clasic, acest lucru se face cu o

micropompă cu membrană şi valve, acţionată de un actuator, figura 1a.

Metode de vehiculare a biolichidului: a) micropompă cu membrană şi valve; b) micropompă

cu membrană şi difuzor-confuzor.

Prin actuator se înţelege dispozitiv de acţionare.Dezavantajele acestei micropompe sunt:

fiabilitatea scăzută (deoarece valvele fiind elemente în mişcare se pot bloca, defecta uşor),

posibilitatea deteriorării unor componente biologice prin închiderea / deschiderea valvelor. De

aceea este preferată micropompa cu difuzor-confuzor din fig.9.b, fără părţi în mişcare. Este

adevărat că atunci când actuatorul ridică membrana, se absoarbe lichid atât prin difuzor din

camera de admisie (un flux mare), cât şi prin confuzor din camera de refulare - fapt nedorit - (dar

un flux mic). Oricum, marele avantaj vine din simplitatea tehnologică: microstructurile difuzor-

confuzor se realizează uşor prin corodare anizotropă a siliciului; în plus nu au părţi în mişcare

Biblioografie :

http://www.ruf.rice.edu/~rau/phys600/1959.pdf

https://pdfs.semanticscholar.org/4385/2e7d68709f59afaf2233befa7dbc6b27241c.pdf