PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE BIOSENSORES.

Procedimiento de obtención de biosensores que comprenden un sustrato de TiO{sub,

2}, que comprende:- una primera etapa de irradiación iónica sobre determinadas zonas de un sustrato de óxido de titanio monocristalino en fase rutilo dando lugar a TiO{sub,2} amorfo en las zonas del sustrato irradiado,- una segunda etapa de depósito de una sustancia o un material de carácter químico o biológico sobre al menos una de las zonas de TiO{sub,2} amorfo obtenido en la etapa anterior, para la fabricación de dispositivos microelectrónicos o biotecnológicos como, por ejemplo, un microarray o microchip biológico

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201031224.

Solicitante: NANOATE S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: JENSEN, JENS, PEREZ GIRON,JOSE VICENTE, RUIZ - CASTELLANOS,MIRIAM JA AFAR, DE LUIS JIMENEZ,OSCAR, PEREZ BOTO,VICENTE, SANZ GONZALEZ,RUY, HERNANDEZ VELEZ,MANUEL DE LA CO, MAS GUTIERREZ,JOSE ANTONIO, ALONSO GORDO,MARIA JESUS, SALAICES SANCHEZ,MERCEDES, ROS PEREZ,MANUEL, COLOMA JEREZ,ANTONIO, ASENJO BARAHONA,AGUSTINA, SANZ MONTAÑA,JOSE LUIS, PUENTE PRIETO,JORGE.

Fecha de Solicitud: 5 de Agosto de 2010.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 29 de Agosto de 2011.

Clasificación PCT:

  • G01N21/01 FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Dispositivos o aparatos para facilitar la investigación óptica.
  • G01N33/50 G01N […] › G01N 33/00 Investigación o análisis de materiales por métodos específicos no cubiertos por los grupos G01N 1/00 - G01N 31/00. › Análisis químico de material biológico, p. ej. de sangre o de orina; Ensayos mediante métodos en los que interviene la formación de uniones bioespecíficas con grupos coordinadores; Ensayos inmunológicos (procedimientos de medida o ensayos diferentes de los procedimientos inmunológicos en los que intervienen enzimas o microorganismos, composiciones o papeles reactivos a este efecto, procedimientos para preparar estas composiciones, procedimientos de control sensibles a las condiciones del medio en los procedimientos microbiológicos o enzimáticos C12Q).
  • G03F7/00 G […] › G03 FOTOGRAFIA; CINEMATOGRAFIA; TECNICAS ANALOGAS QUE UTILIZAN ONDAS DISTINTAS DE LAS ONDAS OPTICAS; ELECTROGRAFIA; HOLOGRAFIA.G03F PRODUCCION POR VIA FOTOMECANICA DE SUPERFICIES TEXTURADAS, p. ej. PARA LA IMPRESION, PARA EL TRATAMIENTO DE DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; MATERIALES A ESTE EFECTO; ORIGINALES A ESTE EFECTO; APARELLAJE ESPECIALMENTE ADAPTADO A ESTE EFECTO (aparatos de composición fototipográfica B41B; materiales fotosensibles o procesos para la fotografía G03C; electrofotografía, capas sensibles o procesos a este efecto G03G). › Producción por vía fotomecánica, p. ej. fotolitográfica, de superficies texturadas, p. ej. superficies impresas; Materiales a este efecto, p. ej. conllevando fotorreservas; Aparellaje especialmente adaptado a este efecto (utilizando estructuras de fotorreservas para procesos de producción particulares, ver en los lugares adecuados, p. ej. B44C, H01L, p. ej. H01L 21/00, H05K).

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de obtención de biosensores.

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro del campo de la fabricación de dispositivos sobre un substrato, más concretamente, a la definición y preparación de superficies estructuradas con el objetivo de ser aplicables en procesos de análisis de sustancias en química y en biotecnología.

En este último aspecto, y de forma más concreta la invención se relaciona, en general, con un procedimiento de obtención y aplicaciones de un biosensor basado en la inmovilización de moléculas o materiales biológicos sobre superficies de TiO2, pudiéndose ser aplicado en la detección y caracterización de moléculas de ácidos nucleicos en general y/o otras sustancias o compuestos, como células procarióticas (bacterias), células eucarióticas y virus de interés biotecnológico, biosanitario, clínico, veterinario, medioambiental, agrario o alimentario.

Antecedentes de la invención

En el ámbito de la biotecnología ha supuesto un avance importante el desarrollo reciente de la tecnología de microarrays de distintos elementos biológicos como los anteriormente presentados, entre otros. Estos microarrays también son denominados chips o microchips. Según esta tecnología, miles de sondas moleculares con capacidad para reconocer específicamente moléculas diana de distinta naturaleza se pueden fijar covalentemente a un soporte sólido (vidrio, nitrocelulosa, nylon etc.). Mediante estos microarrays se pueden realizar por ejemplo experimentos de expresión génica, estudios de polimorfismos de nucleótidos (SNPs), minisecuenciación y genotipado de microorganismos y de genes eucarióticos. Han sido aplicadas diferentes tecnologías para la fabricación de estos microarrays [Chun y cols., 2009; Yarmush y King, 2009; Barbulovic-Nad y cols., 2006; Truskett y Watts, 2006]. Sin embargo estas presentan limitaciones muy importantes como son la resolución de los mismos (que impide obtener arrays de muy alta densidad o nanoarrays) y el número de puntos de reconocimiento que pueden ser fabricados simultáneamente. Tales circunstancias se deben principalmente a la dificultad de inmovilizar los materiales biológicos, usualmente presentes en forma de dispersión líquida, sin que estos depósitos líquidos se superpongan entre sí. A esta dificultad se le añade la de depositar pequeños volúmenes de líquido de manera precisa a alta velocidad. En estas técnicas, se utilizan robots con agujas, microscopios de fuerza atómica (AFM) modificados o sellos elastoméricos que se impregnan con unas soluciones que contienen el material biológico de interés y se ponen en contacto con el substrato receptor. Dichas soluciones se depositan en zonas precisas para facilitar su posibilidad de reacción con la superficie en las áreas de contacto. Para facilitar la deposición sin que se mezclen los líquidos sobre el substrato es posible recurrir a substratos dotados de patrones tridimensionales o pocillos donde depositar el material [WO 2007/011405; US 2008/0245109]. Sin embargo, con las actuales técnicas de fabricación y los materiales de estos substratos, usualmente basados en silicio o materiales poliméricos, la profundidad y las dimensiones de estos pocillos están limitadas por los métodos de obtención. Estos substratos presentan serias dificultades o limitaciones para su uso y su reutilización esto es: señal óptica, estabilidad química y física. En muchos casos la superficie de estos materiales está recubierta de otros para el anclaje del material biológico sobre su superficie o mejora de su reflectancia.

El dióxido de titanio es un material biocompatible, el cual ha sido estudiado como soporte para la adhesión de oligonucleótidos, virus y células entre otros. Este dióxido de titanio toma la forma de láminas delgadas, cubriendo otros materiales, o micro y nanopartículas, en forma aislada o recubriendo también otros materiales [WO 2007/009994; Bo Li y col. 2009].

Las técnicas litográficas más extendidas actualmente que permiten producir patrones tridimensionales con escalas por debajo de la miera, están basadas en haces focalizados de electrones (e-beam) o de iones (FIB) [C. J. Lo y col., 2006; D. Stein y col., 2002; H. Chang y col., 2006]. Los haces focalizados de electrones constituyen un paso intermedio en el proceso de generación de patrones tridimensionales sobre otros substratos, ya que producen materiales parcialmente modificados, normalmente polímeros, que posteriormente se eliminan mediante procesos químicos, con objeto de obtener patrones, que a su vez servirán como máscaras sobre otros materiales. La técnica de haces focalizados de iones citada en segundo lugar representa un método adecuado para la generación de patrones tridimensionales directamente sobre los substratos, ya que usa como elemento activo un haz de iones que modifica y elimina partes sólidas del material. Sin embargo, en la actualidad esta técnica no resulta apropiada para su implementación a escala industrial debido al tiempo requerido para crear nanoestructuras sobre áreas extensas a escala macroscópica y a la baja relación de aspecto (profundidad/dimensión lateral) de las estructuras creadas. En esta técnica típicamente se emplean iones Ga de 10-50 keV de energía. Estos iones presentan una dispersión lateral notable a su paso por el material, debida a interacciones predominantes con los núcleos de los átomos del material. Como consecuencia, estos iones quedan implantados a decenas de nanómetros de las estructuras creadas pudiendo originar fenómenos no deseados en estas.

El uso de máscaras en técnicas de implantación iónica es muy habitual en la industria de semiconductores. Una de las alternativas mas recientes es la llamada Litografía por Proyección de Iones (Ion Proyection Lithography, IPL) [F. Watt y col., 2005], en la que se utilizan máscaras litográficas de no contacto (stencil masks) [T. Shibata y col., 2002] y una óptica electromagnética reductora que focaliza el haz de iones. Sin embargo, esta técnica presenta dificultades por el hecho de que debe mantener la alineación entre el haz de iones, la máscara y el substrato [A. A. Tseng. 2005).], para lo que recurre a sistemas externos de alineamiento y reducción de vibraciones. Este sistema litográfico ha sido empleado con iones en el rango energético de los cientos de keV. No tenemos conocimiento, hasta el momento, de su utilización con iones de mayor energía.

Por otra parte es posible usar iones con un rango energético de MeV para generar modificaciones a su paso por los materiales, en los que genera zonas con características distintas a las obtenidas por iones de menor energía. Estas modificaciones se deben al favorecimiento de interacciones electrónicas de los iones con los electrones de los átomos del material. Estos iones de rango energético de MeV, denominados en la bibliografía científica iones pesados rápidos (R. Spohr, "Ion tracks and microtechnology. Basic principies and applications", Vieweg, Wiesbaden, (1990)) presentan a su paso por el material una desviación lateral mínima al inicio de su camino a través del material, incluyendo por tanto la sección de interés a emplear en los procesos litográficos, que es del orden de una tercera parte del alcance del ión en el material. La profundidad máxima a la que los iones quedan detenidos es elevada, por lo que su alcance constituye otra ventaja del uso de iones pesados con energía de MeV frente a las estructuras creadas con iones de menor energía. Los iones implantados de esta forma permanecen a distancias del orden del micrómetro de las superficies de las estructuras generadas. Estas estructuras, en la práctica, resultan por tanto exentas de la inclusión de los iones utilizados. La irradiación de iones pesados rápidos ha sido empleada satisfactoriamente en las últimas décadas para inducir modificaciones aisladas en materiales sensibles. Cuando un ión pasa por el material, induce una traza de material modificado o trazas latentes. Estas modificaciones al ser eliminadas mediante ataques químicos, generan poros sobre materiales tales como polímeros, aleaciones y cristales. La irradiación con iones pesados rápidos también se ha utilizado para la generación de nanoestructuras en diversos materiales sensibles a esta radiación sin ser necesaria la eliminación del material afectado. La dificultad para seleccionar la zona a radiar a escalas por debajo de la miera puede resolverse sin recurrir a la focalización del haz de iones usando máscaras litográficas sólidas que restrinjan las zonas expuestas a la irradiación.

Los efectos de la irradiación de dióxido de titanio monocristalino en fase rutilo...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de obtención de biosensores (1) que comprenden un sustrato de TiO2, caracterizado por comprender:

- una primera etapa de irradiación iónica sobre determinadas zonas (3) de un sustrato de óxido de titanio (2) monocristalino en fase rutilo, dando lugar a TiO2 amorfo (5) en las zonas del sustrato irradiado.

- una segunda etapa de depósito de un material seleccionado entre químico o biológico (4), sobre al menos una de las zonas de TiO2 amorfo (5) obtenido en la etapa anterior.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende una etapa intermedia entre la primera y la segunda etapa, de ataque ácido sobre la superficie irradiada dando lugar a una pluralidad de pocillos (6).

3. Procedimiento según reivindicación 2 caracterizado por que el ataque ácido se realiza con una disolución acuosa de ácido fluorhídrico.

4. Procedimiento según la reivindicaciones 1-3 caracterizado por que comprende una tercera etapa de fijación con luz ultravioleta del material de carácter químico o biológico (4) depositado en la segunda etapa.

5. Procedimiento según la reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende una etapa de fijación sobre el substrato de óxido de titanio de al menos un material máscara, previa a la irradiación iónica.

6. Procedimiento según reivindicación 5 caracterizado por que el material máscara es un material de carácter sólido que resiste el flujo iónico sin sufrir altas deformaciones, seleccionado entre Au, Cu, Cu/Ni, Al2O3, SiO2 o combinaciones de los mismos.

7. Procedimiento según reivindicaciones anteriores caracterizado por que en la segunda etapa se deposita material biológico seleccionado entre células, oligonucleótidos, ácidos grasos o proteínas.

8. Procedimiento según reivindicación 7 caracterizado por que las proteínas son enzimas o anticuerpos.

9. Procedimiento según reivindicaciones 1-6 caracterizado por que en la segunda etapa se deposita una disolución de biomoléculas orgánicas como material químico.

10. Procedimiento según reivindicaciones anteriores caracterizado por que la irradiación iónica es una irradiación de cualquier ión acelerado, de masa superior a la del Hidrógeno, que deposite por medio de interacciones inelásticas, una energía superior a 5,1 KeV por nm recorrido.

11. Procedimiento según reivindicación 10 caracterizado por que la irradiación iónica es una irradiación con iones Br de energías comprendidas desde 9 MeV hasta 50 MeV.

12. Biosensor (1) caracterizado por comprender un substrato de óxido de titanio monocristalino en fase rutilo con una pluralidad de zonas de óxido de titanio amorfo obtenido por radiación iónica, con uno o varios depósitos de material químico ó biológico adheridos sobre las zonas de óxido de titanio amorfo.


 

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