PROCEDIMIENTO PARA CREAR UN ARTÍCULO UTILIZANDO LA PUNTA DE UN MARCADOR DE MICROMATRICES.

Procedimiento para la fabricación de una superficie químicamente y/o físicamente modelada sobre un sustrato,

incluyendo dicho procedimiento la disposición de por lo menos una superficie o subcapa homogénea de una funcionalidad química deseada y en el que se aplica un material químicamente distinto para formar una capa adicional o superior que presenta una barrera física y química a la por lo menos una subcapa o superficie y el patrón se crea eliminando de manera selectiva por lo menos parte de dicha capa adicional o superior por perforación utilizando una punta de un dispositivo de micromatrices para revelar la(s) funcionalidad(es) química(s) subyacente(s) de la por lo menos una superficie o subcapa homogénea que queda limitada espacialmente al patrón deseado por la capa superior circundante existente

La invención se refiere a un procedimiento para crear un artículo que incluye un sustrato con por lo menos una superficie modelada con una funcionalidad química presentando por lo menos una parte de dicha superficie un propiedad física y/o química distinta, que es diferente a la del resto de dicha superficie.

El modelado químico de superficies sólidas es de crucial importancia en numerosos campos tecnológicos, incluyendo la fabricación matricial genómica/proteómica, la microelectrónica, sensores, y la microhidráulica. Los procedimientos empleados actualmente para modelar incluyen: fotolitografía, ablación con laser, estampado de superficies, segregación de copolímeros bloque, litografía blanda. Muchas de estas técnicas tienen restricciones inherentes, en la mayoría de los casos la necesidad de sustratos químicamente específicos muy planos, el empleo de láseres caros y máscaras prefabricadas, y el uso dañino para el medio ambiente de disolventes y agentes corrosivos.

Un medio general para producir patrones exactos de cualquier funcionalidad química, sobre cualquier superficie o artículo, sin recurrir o limitarse a químicas y disolventes específicos, es por lo tanto una adición útil e innovadora para la técnica.

El uso preferido de técnicas de plasma, para generar por lo menos uno de los revestimientos o superficies utilizados, hace que el procedimiento resulte de una utilidad incluso mayor y más extendida. Las técnicas de plasma son reconocidas por ser una alternativa limpia, seca y eficaz con la energía y los materiales a procedimientos estándar con sustancias químicas húmedas para producir superficies que incorporan funcionalidades adaptadas.

Los plasmas se han empleado con éxito en procedimientos anteriores para el modelado de superficies. La deposición de polímero de plasma a través de una máscara se ha utilizado para moldear nanotubos de carbono (Chen y otros, Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 2719), polímeros (Dai y otros, J. Phys. Chem. B, 1997, 101, 9548), y células conductoras (France y otros, Chem. Mater. 1998, 10, 1176). Sin embargo, estas técnicas están limitadas a substratos llanos y planos (por ejemplo sílice o vidrio) con el fin de mantener la premisa de un estrecho contacto físico con la máscara y asegurar adecuadamente una reproducción de alta definición de sus características.

Propuestas alternativas que pueden utilizar aspectos de modelado con plasma incluyen la litografía por nanoesfera, y la aplicación de técnicas de fotolitografía. En el caso de la litografía por nanoesfera, resulta difícil extender el patrón sobre zonas grandes, mientras que la fotolitografía depende de manera crítica de la aplicación de fotoresistencias y la vulnerabilidad del sustrato a daños por radiación.

Se ha empleado también la litografía basada en sonda de barrido, es decir, el raspado mecánico con puntas microscópicas tunelizadoras de barrido, puntas microscópicas de fuerza atómica, o puntas microscópicas de sonda de barrido, para modelar superficies (Nyffenegger y Penner, Chem. Rev. 1997, 97, 1195; Krämer y otros, Chem. Rev. 2003, 103, 4367). Se ha utilizado también la técnica de grabado empleando moldes para el modelado de superficies (Chou y otros, Appl. Phys. Lett. 1995, 67(21), 3114).

De acuerdo con esta invención, se dispone un procedimiento para la fabricación de una superficie químicamente y/o físicamente modelada en un sustrato, incluyendo dicho procedimiento la disposición de por lo menos una superficie o subcapa homogénea de una funcionalidad química deseada y en la cual se aplica un material químicamente distinto para formar una capa adicional o superior que presenta una barrera física y química a la por lo menos una subcapa o superficie y el patrón se crea eliminando selectivamente por lo menos parte de dicha capa adicional o superior mediante perforado utilizando una punta de un dispositivo de micromatrices para revelar la(s) funcionalidad(es) de la capa química subyacente de la por lo menos una superficie o subcapa homogénea que queda limitada espacialmente al patrón deseada por la capa superior circundante existente.

En una realización, la por lo menos una subcapa está formada a través de unos medios que incluyen la deposición por lo menos de un material para formar la capa y/o la modificación de la superficie del substrato para formar la capa.

Se dispone, por lo tanto, en una realización un procedimiento para la fabricación de superficies químicamente y físicamente modeladas de alta definición en sustratos no planos. El citado procedimiento comprende típicamente generar inicialmente una(s) capa(s) homogénea(s) de una funcionalidad química deseada, a través de medios que incluyen la deposición de un(os) revestimiento(s) que lleva(n) dicha funcionalidad, o de otra manera modificando adecuadamente la superficie del substrato. Después, puede aplicarse la capa superior químicamente distinta, la cual presenta una barrera física y química a la interacción de la(s) subcapa(s) con el entorno. El patrón puede crearse directamente de manera selectiva eliminando la capa superior mediante perforación utilizando una punta de un dispositivo de micromatrices para revelar la(s) funcionalidad(es) subyacentes, limitadas espacialmente al patrón deseado por la capa superior circundante existente. La(s) subcapa(s) activa(s) puede(n) utilizarse entonces por cualquier medio tal como es conocido en la técnica.

En una realización, puede aplicarse una serie de subcapas o revestimientos al sustrato antes de la aplicación de la capa superior o adicional, es decir, que la propia capa inferior funcionalizada citada comprende múltiples capas. La abrasión de la pila de múltiples capas resultante a profundidades variables permitiría entonces la formación de una variedad de características que mostrarían funcionalidades diferentes, posiblemente múltiples. Unos medios adecuados para conseguir la profundidad de abrasión variable/eliminación de revestimiento necesario son un marcador robótico de micromatrices equipado con una serie de puntas de distintas longitudes.

Las capas químicamente funcionalizadas que pueden modelarse con una gran utilidad posterior incluyen una gama de polímeros químicamente reactivos que pueden además reaccionar/derivatizar o presentar intrínsecamente propiedades útiles (incluyendo, aunque no limitándose a éstas, hidrofobicidad, bioactividad, unión a proteínas, resistencia a proteínas, adhesión celular y unión a ADN).

Un ejemplo específico de dicho polímero funcionalizado es poli(glicidil metacrilato) que presenta la capacidad de enlazarse covalentemente a nucleófilos tales como aminas. Una superficie que lleva un patrón de poli(glicidil metacrilato) tiene, por lo tanto, una gran utilidad para crear matrices dirigidas espacialmente de biomoléculas terminadas en amina, tales como cadenas derivatizadas de ADN y proteínas.

Otros polímeros que poseen una gran utilidad cuando se aplican en patrones superficiales incluyen, aunque no se limitan a éstos, polímeros funcionalizados de aldehído, tales como poli (3-vinilbenzaldehído) y poli (10undecenal), que pueden derivatizarse posteriormente con biomoléculas funcionalizadas de amina; polímeros funcionalizados de tiol, tales como poli (alil mercaptano), que pueden derivatizarse posteriormente con grupos terminados en tiol (a través de la química del puente disulfuro); polímeros funcionalizados de piridina, tales como poli (4-vinil piridina), que son ambos superhidrófilos y pueden derivatizarse o cuaternizarse posteriormente con especies que incluyen haloalcanos; y polímeros funcionalizados de halógeno, tales como poli (2-bromoetilacrilato) y poli (4-cloruro de vinil bencil), que pueden utilizarse como sitios iniciadores para procedimientos de injerto (por ejemplo, polimerización de radicales con transferencia de átomos).

En realizaciones alternativas de la invención, la capa funcionalizada modelada puede ser de naturaleza no polimérica. Ejemplos adecuados incluyen metales, semiconductores, elementos no metálicos, cerámica, y otras superficies inorgánicas tales como nitruro de silicio y dióxido de titanio. Las superficies de dióxido de silicio son particularmente útiles debido a su predisposición a reacciones de acoplamiento con una enorme gama de reactivos de alcoxisilano y clorosilano fácilmente disponibles.

Las superficies funcionales citadas anteriormente pretenden ser ilustrativas y no limitativas. Debería ser claro para cualquier experto en la técnica que existe una enorme gama de grupos funcionales que pueden...

1. Procedimiento para la fabricación de una superficie químicamente y/o físicamente modelada sobre un sustrato, incluyendo dicho procedimiento la disposición de por lo menos una superficie o subcapa homogénea de una funcionalidad química deseada y en el que se aplica un material químicamente distinto para formar una capa adicional o superior que presenta una barrera física y química a la por lo menos una subcapa o superficie y el patrón se crea eliminando de manera selectiva por lo menos parte de dicha capa adicional o superior por perforación utilizando una punta de un dispositivo de micromatrices para revelar la(s) funcionalidad(es) química(s) subyacente(s) de la por lo menos una superficie o subcapa homogénea que queda limitada espacialmente al patrón deseado por la capa superior circundante existente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la por lo menos una subcapa se forma a través de medios que incluyen la deposición de por lo menos un material para formar la subcapa y/o la modificación de la superficie del substrato.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el material de la por lo menos una capa se utiliza en las zonas en las que el mismo ha quedado expuesto al entorno exterior.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se aplica sucesivamente una serie de revestimientos de subcapa al sustrato antes de la aplicación de la capa superior.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que la abrasión de la pila de múltiples capas resultante se realiza a profundidades variables en zonas seleccionadas para permitir la formación de una variedad de características que muestran funcionalidades diferentes, posiblemente múltiples, en zonas especificadas de la superficie del substrato.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que se utiliza un marcador robótico de micromatrices equipado con una serie de

puntas de diferentes longitudes para eliminar selectivamente el material a la profundidad necesaria.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la por lo menos una subcapa que se forma incluye cualquiera de una gama de polímeros químicamente reactivos que adicionalmente pueden reaccionarse/derivatizarse.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que los polímeros incluyen cualquiera de las propiedades, o cualquier subsección, de hidrofobicidad, bioactividad, unión a proteínas, resistencia a proteínas, adhesión celular y unión a ADN.

9. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que el polímero es poli(glicidil metacrilato).

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que se crea una superficie de substrato que presenta un patrón de poli(glicidil metacrilato) expuesto sobre la superficie creando matrices espacialmente dirigidas de biomoléculas terminadas en amina.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que se crean cadenas derivatizadas de ADN y proteínas en las zonas expuestas de la superficie del substrato.

12. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que se utilizan polímeros o cualquier combinación de polímeros funcionalizados de aldehído que puedan derivatizarse posteriormente con biomoléculas funcionalizadas de amina; polímeros funcionalizados de tiol que puedan derivatizarse posteriormente con grupos terminados en tiol, polímeros funcionalizados de piridina que sean superhidrófilos y que puedan derivatizarse o cuaternizarse posteriormente con especies que incluyan haloalcanos y/o polímeros funcionalizados de halógeno que puedan utilizarse como sitios iniciadores para procedimientos de injerto.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la por lo menos un subcapa está formada para ser de naturaleza no polimérica.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que los materiales utilizados para formar la subcapa incluyen cualquiera de, o cualquier combinación de, metales, semiconductores, elementos no metálicos, cerámica, y/o superficies inorgánicas tales como nitruro de silicio y dióxido de titanio.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se aplica un material con una funcionalidad que confiere propiedades opuestas a las de un material utilizado para formar la capa superior con el fin de formar la por lo menos un subcapa.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado por el hecho de que propiedades que pueden considerarse cuando la subcapa se expone a un patrón incluyen cualquiera de, o cualquier combinación de, hidrofobicidad, hidrofilicidad, reactividad química específica, capacidad de detección química, resistencia al desgaste, barrera de gas, filtración, comportamiento antireflectante, liberación controlada, resistencia a líquidos o manchas, lubricidad mejorada, adhesión, resistencia a proteínas, biocompatibilidad, bioactividad, estímulo del crecimiento celular, y capacidad de unirse selectivamente a biomoléculas.

17. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la capa superior que se aplica sobre la subcapa presenta una barrera a cualquier interacción con la subcapa cubierta con el entorno circundante en una escala de tiempo especifica.

18. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la capa superior es lo suficientemente blanda para facilitar la eliminación por perforación para revelar la subcapa funcionalizada en el patrón deseado.

19. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la capa superior es de naturaleza polimérica.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado por el hecho de que la capa superior es una película fina de polímero.

21. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la capa superior se aplica utilizando un plasma pulsado.

22. Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado por el hecho de que la capa superior es una película fina polimerizada de poliestireno que se aplica con un plasma pulsado.

23. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la capa superior es lo suficientemente gruesa para evitar cualquier interacción significativa de la subcapa cubierta con el entorno circundante al sustrato.

24. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la por lo menos una subcapa comprende un polímero reactivo para utilizarse, donde quede expuesto, para unirse directamente a biomoléculas y la capa superior presenta un obstáculo químico y difusional a la química de enlace de ADN de solución-fase.

25. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la por lo menos una subcapa se deposita sobre el sustrato por medio de un plasma de desequilibrio.

26. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la capa superior es un revestimiento depositado sobre la por lo menos una subcapa por medio de un plasma de desequilibrio.

27. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que una punta de marcado de dicho dispositivo de micromatrices está configurada para penetrar la capa superior, exponiendo la superficie funcional por debajo.

28. Procedimiento según la reivindicación 27, caracterizado por el hecho de que la etapa va acompañada por el suministro simultáneo de una pequeña

gota de líquido, posibilitando el modelado concomitante de la superficie y la derivatización de la subcapa expuesta.

29. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la por lo menos un subcapa se elimina además de la capa superior en por lo menos una posición para formar dispositivos que muestran diferentes combinaciones de funcionalidad expuesta en el mismo sustrato.

30. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cualquiera o ambas de la capa superior y/o subcapa son polímeros de plasma.

31. Procedimiento según la reivindicación 30, caracterizado por el hecho de que el plasma utilizado para aplicar los polímeros de plasma es pulsado.

32. Procedimiento según la reivindicación 31, caracterizado por el hecho de que se inicia una descarga luminiscente aplicando una tensión de alta frecuencia, presentando los campos aplicados una potencia media de hasta 50 W.

33. Procedimiento según la reivindicación 31, caracterizado por el hecho de que la secuencia de pulsación para el plasma es que se aplica potencia entre 10 s y 100 s, y se desactiva entre 1000 s y 20000 s.

34. Procedimiento según la reivindicación 32, caracterizado por el hecho de que el sustrato al cual se aplica(n) el (los) revestimiento(s) se sitúa(n) substancialmente dentro del plasma pulsado durante la deposición del revestimiento.

35. Procedimiento según la reivindicación 32, caracterizado por el hecho de que en la deposición de plasma hay presentes materiales adicionales al (a los) precursor(es) del revestimiento de polímero de plasma.

36. Procedimiento según la reivindicación 35, caracterizado por el hecho de que dichos materiales aditivos son inertes y actúan de tampón sin incorporarse ninguna de sus estructuras atómicas en el polímero de plasma creciente.

37. Procedimiento según la reivindicación 35, caracterizado por el hecho de que material aditivo posee la capacidad de modificar y/o incorporarse en el material que forma el revestimiento y/o el revestimiento depositado de plasma resultante.