REFERAT M.E.M.S

“Materiale biocompatibile utilizate la MEMS-uri şi procedee

pentru asigurarea

biocompatibilităţii dispozitivelor.”

STUDENT:SURU (cas.BUZDUGAN) ANDREEA NICOLETA

MASTER RC,AN II

CUPRINS

1.Introducere

2.Materiale si metode:

2.1.Fabricarea dispozitivelor MEMS pentru servicii medicale

2.2.Fabricarea capsulei

2.3.Implantarea

2.4.Analiza Exudatiei

2.5.Analiza SEM(analiza electro-microscopica)

2.6.Analize statistice

3.Rezultate:

3.1.Analiza Exudatului

3.2.Analiza SEM

4.Discutie

5.Concluzii

6.Exemple de biodispozitive de tip MEMS :

6.1.Micropompe pentru vehicularea lichidelor

6.2. Biodispozitive pentru furnizarea de substanţe active

Prefata

In acest referat sunt evaluate biocompatibilitatea si bioincompatibilitatea materialelor pentru

microfabricarea dispozitivelor MEMS folosite in servicii medicale.Raspunsurile inflamatorii si

recuperatorii din mediul liber a materialelor utilizate la MEMS pentru servicii medicale, aurul

metalic, nitrura de siliciu,dioxidul de siliciu, siliciu, şi fotorezistul 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,reprezentand etape ale răspunsului inflamator, fiind masurate

si 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 suprafeteti 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. Aderenta densitatilor

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 bioincompatibilitatii.

1.Introducere

O larga varietate a dispozitivelor au inceput sa fie dezvoltate,acest lucru aducand avantaje

materialelor si instrumentelor pentru procesul de microfabricatie pentru aplicatii in medicina si

biologie. Ca rezultat al avansarilor facute de industria microelectronicii,avantajul pentru aceste

dispozitive consta in potentialele micro-dimensiuni ale acestora si abilitatea de a fi

confectionate(fabricate) in volum mare si cu un cost per unitate mic.Cu toate acestea,

dispozitive ca SistemeMicroElectroMecanice Bilogice(BioMEMS),Tranzistoare ISFET sau

microelectronic pe baza de Sliciu s-au comportat bine in vitro dar cu experienta

bioincompatibila semnificativa in mediul liber.

Tehnologia MEMS bazata pe Siliciu incepe sa influenteze domeniul serviciilor medicale cu

perfectionarea biocapsulelor micrometrice si imuno-izolante.Cantitatea de date despre

biocompatibilitate si bioincompatibilitate este necesara nu numai in sprijinul alegerii

materialului pentru dispozitive pentru aplicatii medicale,dar si pentru intelegerea suplimentara

a interactiunilor in mediul liber dintre tehnologie si mediul biologic.

Am dezvoltat un sistem implantabil in servicii medicale care utilizeaza membrane de baza din

aur pentru sigilarea individuala a rezervelor de medicamente(vezi FIG.1).

FIG.1 Dispozitiv microcip pentru servicii medicale:viziune asupra electrodului si a rezervelor

Acest dispozitiv permite impachetarea individuala si sigilarea compusilor(componentelor),

impreuna cu abilitatea de a accesa individual membranele pentru sigilarea rezervelor trecand

la fixarea reactiei electrochimice(anod/catod).Obiectivul producerii dispozitivului MEMS este

sa realizeze agenti terapeutici specifici dozati in monstre in combinatii complexe.Dispozitivul

poate fi folosit pentru realizarea horminilor,agenti chimioterapeutici,analgezice,anestezice si

alti agenti bioactivi.

Orice dispozitiv facut pentru a fi de durata in aplicatiile din mediul liber trebuie sa indeplineasca

conditii riguroase de biocompatibilitate si biostabilitate.In primul rand,nu trebuie sa produca

toxicitate pentru tesuturile inconjuratoare,si nu trebuie sa avarieze tesutul local prin inducerea

stresului mecanic.In al doilea rand,capacitatile dispozitivului MEMS pentru extragerea

medicamentelor nu ar trebui sa fie compromise de tesuturile inconjuratoare.Specific,implantul

trebuie sa tolereze expunere de durata pentru mediul fiziologic,de asemenea si rezistenta la

impactul cu tesutul inconjurator si cu functiile sale(bioincompatibilitate).

Acestea fiind spuse,am investigat adeziunea celulara intr-un scurt exemplu al indicatorilor

pentru biocompatibilitatea si bioincompatibilitatea materialelor utilizate pentru fabricarea

sistemelor cu dispozitive MEMS,si anume,aurul,siliciu,dioxidul de siliciu,nitrura de siliciu, si un

strat de protectie la gravare(fotorezistor) SU-8TM(FIG.2).

FIG.2 Dispozitiv MEMS pentru aplicatii(servicii)medicale specificand materialele componente.

Dispozitivul MEMS utilizeaza foita de aur pentru fabricarea electozilor,dioxidul de siliciu si

nitrura de siliciu au fost utilizate pentru proprietatile lor dielectrice si structurale,si SU-8TM a

fost utilizat pentru rezistenta stratului la UV la fel de bine ca si propietatile sale

dielectrice.Compozitia pentru SU-8TM se bazeaza pe bifenol multifunctional.Intelegerea

interactiunii material-tesut care rezulta din implanatarea in mediul liber este un pas important

in evolutia productiei dispozitivelor implantabile MEMS viabile si de durata .

2.Materiale si metode

2.1.Fabricarea dispozitivelor MEMS pentru servicii medicale

Materiale simple de dimensiune macroscopica au fost obtinute utilizand procesele din

fabricarea MEMS-urilor pentru aplicatii medicale.Placutele de Siliciu slefuite 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 placute au fost acoperite

cu 100A invelis de crom aderent si 3000A de aur intr-un fascicul electronic evaporator.Fiecare

placuta a fost taiata in sectiuni de 9mm X 15mm.Fabricarea dispozitivelor MEMS pentru servicii

medicale a fost descrisa in prealabil si este ilustrata schematic in FIG.3.

FIG.3.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 indepartata de la/pe ambele deschideri utilizand ion reactiv corodant.Nitrura

actioneaza 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.

2.2.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 120gradeF.

2.3.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.

2.4.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 incubata timp de 48h la 37gradeC pentru a verifica

eventuale infectii cu bacterii. Exudatele infectate la fel ca si cele contaminate sunt eliminate in

analizele viitoare.

Concentratia de exudat din globulele albe,a fost determinata printr-o simpla mixare.Urmarind

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

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

celulelor obtinute au fost impartite la 10 pentru a obtine numarul mediu al celulelor per etalon.

2.5.Analiza SEM(analiza electro-microscopica)

Pe langa analiza exudatiei,capsulele au fost extrase iar probele sunt prelevate in zilele 4,7,14,si

21 pentru evaluarea SEM a celulelor aderente.Dupa prelevare probele sunt spalate in fosfat

izotonic steril tamponate cu solutie salina.Materialele au fost apoi puse intr-o solutie fixativa la

4gradeC.Dupa fixare,materialele au fost spalate in intregime cu apa distilata care deshidrateaza

treptat utilizand 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.

2.6.Analize statistice

Datele obtinute pentru toate grupele de material au fost comparate cu cele obtinute la

studierea capsulei goale.Analizele statistice au fost raportate utilizand 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).

FIG.4.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).

FIG.6.Microfotografii SEM ilustrand amestecarea globulelor albe cu FBGC.Componenta initiala a

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

citoplasmele.Urmeaza amestecul citoplasmic,nucleul emigreaza individual catre centrul noilor

FBGC formate(ziua 14,dioxid de siliciu).Apoi FBGC-urile isi maresc dimensiunea datorita

amestecului noilor migratii ale macrofagurilor cu celula gigant existenta(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 celulara,placuta de siliciu pare a fi cea

mai putin biocompatibila. Alte materiale, dioxid de siliciu, nitrura de siliciu, aurul, şi-SU 8TM

sunt comparabile în inducerea de răspunsuri inflamatorii,avand un rang mai mare de

biocompatibilitate decât cel al placutei de siliciu.

Analizele SEM a suprafeţelor de material au relevat un proces de delaminare mecanica

specifica a materialelur SU- 8TM la momente mai tarzii de timp (Fig. 7). Nu au mai fost

observate delaminari mecanice cu alte materiale.

FIG.7 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 intacta sau

deteriorata.

FIG.8. Microfotografie SEM ilustrand varful FBGC .Nu este evident daca membrana de aur

izolanta este inca prezenta(dioxid de siliciu,ziua 4).

4.Discutie

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

bioincompatibilitatea bazata pe exudare si analizele suprafetelor.In general,reactia inflamatorie

a acestor materiale nu este diferita semnificativ din punct de vedere statistic fata de cea

obtinuta in cazul studiului capsulei goale pe durata studiului efectuat.De asemenea,secventa

formarii globulelor albe(FIG.6) a fost similara cu cea anterioara observata de Institutul National

de Inima,Plamani si Sange referind material ca polietilena si polidimetilsiloxan si 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

perfomrantele 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. .

5.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 aratand reducerea bioincompatibilitatii.

6.Exemple de biodispozitive de tip MEMS

6.1.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.

(a) (b)

FIG 9. 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

Actuator

Valva V1

Valva V2

Camera de admisie

Camera de refulare

membrana

deformată

în repaus

Difuzor

Actuator

Confuzor

Camera de admisie

Camera de refulare

deformată membrana in repaus

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.

6.2. Biodispozitive pentru furnizarea de substanţe active

În fig.10este 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.

Fig.10. Dispozitiv de furnizare a insulinei prin încapsularea celulelor secretoare de insulină între

două membrane de Si-poros.

Biblioografie :

http://arh.pub.ro/cravariu/Biodispozitive.doc

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