Procedimiento de fabricación de una estructura o patrón que comprende un material polimérico sobre un sustrato,

que comprende (a) proporcionar un sustrato; (b) proporcionar una fase líquida que comprende un material polimerizable en contacto con una superficie de dicho sustrato; (c) dirigir un haz de radiación que golpee sobre dicha superficie en la interfaz de substrato/fase líquida para causar el calentamiento localizado del sustrato y así iniciar la polimerización adyacente al sitio irradiado; y (d) hacer que el haz explore en un patrón predeterminado, iniciando así la polimerización en un patrón correspondiente

Fabricación de estructuras de polímeros.

Campo de la técnica

La presente invención describe ampliamente la fabricación de estructuras poliméricas controladas espacialmente utilizando un haz de partículas o radiación. Las estructuras resultantes encuentran uso en una variedad de aplicaciones de sensores y electroforéticas, incluyendo ensayos clínicos, cribado de alto rendimiento para genomas, aplicaciones proteómicas y farmacéuticas, diagnósticos in vitro inmediatos, análisis genético molecular y diagnósticos de ácido nucléico, separaciones celulares, e investigaciones en biología en general, cribado de alto rendimiento de materiales para separación y catálisis.

Técnica anterior

La tecnología de fabricación de micromatrices se ha desarrollado recientemente, basada en el depósito de una cantidad discreta de materiales mediante un dispositivo de manipulación robótica. En este enfoque, una matriz de mezcla de pre-polimerización líquida que comprende monómero líquido que se puede combinar con otro(s) monómero(s), solvente, iniciador, compuesto(s) químico(s) y bioquímico(s), el polímero disuelto se deposita primero sobre un sustrato y luego se polimeriza in situ mediante la exposición de la matriz a las condiciones de iniciación. Este enfoque adolece de la dificultad de mantener la integridad de los materiales depositados antes de la exposición a las condiciones de iniciación, que tiene grandes consecuencias sobre la calidad de las estructuras poliméricas resultantes. La evaporación, el efecto de la presencia de oxígeno, las propiedades de la superficie del sustrato, la cantidad que se puede depositar y las formas de las estructuras que se pueden fabricar, todo afecta a la calidad y a la cantidad de material depositado, lo que hace muy difícil su control.

Las matrices de polímeros pueden formarse usando fotomáscaras (EP1331516). Este procedimiento es similar a la fabricación de circuitos integrados. La luz es aplicada a través de una máscara que tiene un patrón de imagen predefinido que conduce a la iniciación en la polimerización en determinadas regiones de un sustrato, pero no en otras. El sustrato puede incluir sólidos, tal como silicio, vidrio, cuarzo y polímeros. La fabricación de una matriz de componentes múltiples, en general, requiere el uso de múltiples variedades de máscaras, que no siempre es conveniente. Además, este planteamiento adolece de las limitaciones mencionadas anteriormente.

Según otro enfoque, la fotolitografía óptica directa se puede realizar con un haz óptico sin el uso de fotomáscaras (US 6.480.324). Los patrones de luz son generados por un modulador espacial de luz controlado por un ordenador, en lugar de ser definidos por un patrón sobre una fotomáscara. Aquí cada píxel se ilumina con un haz óptico de intensidad adecuada y la proyección de imagen (impresión) de una característica individual de un sustrato se determina de forma dinámica mediante el control del ordenador. La presente invención emplea una matriz programable de microespejo, que juega un papel esencialmente similar a fotomáscara. Se centra alrededor del desarrollo de matrices de ácido nucleico y también implica la fotoquímica. Muchos de los compuestos que son potencialmente útiles para la fabricación de matrices de polímeros son fotosensibles y pueden descomponer ante la iluminación.

El documento US 6 214 276 describe un procedimiento para la fabricación de un patrón de material polimérico en un sustrato en el que un haz de la radiación es absorbido directamente en la solución líquida polimerizable para iniciar la polimerización.

Descripción de la invención

Una realización preferida de la invención puede proporcionar un procedimiento de fabricación que evita o reduce las limitaciones antes mencionadas a fin de producir estructuras poliméricas modeladas. Así, la invención proporciona un procedimiento de fabricación de una estructura o un patrón que comprende un material polimérico sobre un sustrato, que comprende (a) proporcionar un sustrato, (b) proporcionar una fase líquida que comprende un material polimerizable en contacto con una superficie de dicho sustrato, (c) dirigir un haz de radiación para incidir sobre dicha superficie en la interfaz de fase substrato/líquida con el fin de causar el calentamiento localizado del sustrato y de ese modo para iniciar la polimerización adyacente al sitio irradiado, y (d) hacer que el haz inspeccione en un patrón predeterminado, iniciando así la polimerización en un patrón correspondiente. NB: La referencia de causar que el haz para "escanear" significa que se hace pasar por la superficie de forma controlada que corresponde a un patrón deseado, que puede ser continuo o discontinuo (o ambos en diferentes regiones).

El haz es preferiblemente un rayo láser, especialmente un rayo láser de infrarrojos.

Las estructuras poliméricas espacialmente controladas se fabrican utilizando un rayo láser, preferentemente una láser de CO₂ generador de calor por infrarrojos, que inicia la polimerización en las áreas pre-determinadas de la superficie. Las estructuras de polímeros se crean en una superficie del sustrato, dirigiendo el rayo láser de acuerdo a un patrón predeterminado. En consecuencia, la invención proporciona un medio para crecer, más que para depositar, polímeros de las formas deseadas a partir de una mezcla de pre-polimerización en la fase líquida en un sustrato según sea predeterminado por el usuario. Los dispositivos de sujeción encuentran uso en una variedad de aplicaciones de sensores y electroforesis, entre ellas ensayos clínicos, detección de alto rendimiento de aplicaciones genómicas, proteómicas y farmacéuticas, diagnóstico inmediato in vitro, análisis genético molecular y diagnósticos de ácido nucléico, separaciones de la célula, y de investigadores en biología en general, cribado de alto rendimiento de materiales para la separación y catálisis.

Una realización preferida de la invención será ahora descrita con referencia a los dibujos acompañantes.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra un esquema de la realización de la invención;

La figura 2 muestra una realización alternativa de la invención;

La figura 3 es una fotografía de una matriz de 25 puntos de polímero fabricado de acuerdo con una realización de la invención, tal como se muestra en la Figura 1;

La figura 4 es una fotografía de un punto individual.

Modos de realizar la invención

La primera realización de la presente invención describe la realización de la deposición de polímeros utilizando un láser de infrarrojos con sistema de barrido galvanómetro láser electromecánico. La puesta a punto consiste en un depósito 2 que contiene una solución 3 punto, con una mezcla de monómero(s) con el iniciador disuelto en un disolvente apropiado. La mezcla de monómero está en contacto con una lámina delgada 1 de un sustrato. Normalmente, el sustrato cubre el depósito, y un rayo láser 4 se aplica desde arriba (4).

El rayo láser es generado por un láser infrarrojo CO₂ 10 y pasa a un espejo móvil 12, movido por un motor 14 controlado por un ordenador 16. El diagrama es muy esquemático, en la práctica se utilizó un producto comercial, un marcador láser FENIX (SYNRAD, Inc., Wisconsin, EE.UU.), con un láser CO₂ 30 W y un espejo de detección de X. El rayo láser 4 se dirige a pasar a través el sustrato (1) siguiendo un patrón diseñado por el usuario. Se calientan localmente zonas del sustrato. El iniciador en las proximidades de estas zonas en la superficie inferior del sustrato se descompone, iniciando la polimerización. El crecimiento de estructuras de polímero 5 depende de factores como la intensidad del haz, tiempo de exposición, y propiedades del sustrato y su superficie.

En algunas realizaciones de la presente invención las propiedades del sustrato y/o la longitud de onda y/o la intensidad del haz de láser se adaptan con procedimientos bien establecidos en la materia, para permitir un mayor control sobre la adhesión de polímeros, morfología y tiempo de polimerización. Así, la superficie del sustrato puede ser opcionalmente modificada con un compuesto polimerizable o con moléculas iniciadoras inmovilizadas para promover el crecimiento y la adherencia del polímero.

En algunas realizaciones, el iniciador no está presente en la solución y se utiliza sólo en...

1. Procedimiento de fabricación de una estructura o patrón que comprende un material polimérico sobre un sustrato, que comprende (a) proporcionar un sustrato; (b) proporcionar una fase líquida que comprende un material polimerizable en contacto con una superficie de dicho sustrato; (c) dirigir un haz de radiación que golpee sobre dicha superficie en la interfaz de substrato/fase líquida para causar el calentamiento localizado del sustrato y así iniciar la polimerización adyacente al sitio irradiado; y (d) hacer que el haz explore en un patrón predeterminado, iniciando así la polimerización en un patrón correspondiente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho haz es un haz de luz visible, infrarrojos, ultravioleta, rayos X, iones, partículas o electrones.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el haz es un haz láser.

4. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que el haz es IR.

5. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que el haz se dirige a través del substrato a la interfaz y genera calor por la interacción con el sustrato.

6. Procedimiento según con cualquier reivindicación anterior, en el que dicho rayo es un rayo láser infrarrojo.

7. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que dicha fase líquida es una solución que comprende monómeros polimerizables.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que la solución contiene un iniciador de polimerización.

9. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que dicha superficie soporta moléculas iniciadoras inmovilizadas.

10. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que dicha superficie soporta material polimerizable inmovilizado.

11. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que la etapa de exploración emplea un espejo móvil controlado por ordenador.

12. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que después de la etapa (d), la fase líquida se sustituye por una fase líquida diferente y las etapas (c) y (d) se repiten para depositar un segundo material polimérico diferente.

13. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que dicha fase líquida contiene moléculas de plantilla y, después de la etapa (d) las moléculas de plantilla se retiran del polímero para formar cavidades impresas.

14. Proceso que comprende la fabricación de una estructura o un patrón mediante un procedimiento según cualquier reivindicación anterior y a continuación utilizar la estructura o patrón fabricado en un proceso seleccionado a partir de ensayos de cribado de alto rendimiento para el descubrimiento de fármacos, inmunoensayos, diagnóstico, análisis genético, o como componente de sensor, laboratorio en chip para la realización de experimentos químicos y/o biológicos o como plataforma de investigación para el estudio y la optimización de separación, reconocimiento molecular o procesos catalíticos.