MÉTODOS PARA EL ENSAMBLAJE HOMOGÉNEO, ELECTRÓNICO Y FABRICACIÓN DE DISPOSITIVOS.

Métodos para el ensamblaje homogéneo, electrónico y fabricación de dispositivos. Campo de la invención Esta invención se refiere a metodologías y técnicas para el diseño, la fabricación y el uso de un sistema fluido que incorpora medios mediante los cuales se aplican campos eléctricos para llevar a cabo el ensamblaje de materiales de escala micrométrica. A modo de ejemplo, las invenciones sirven para formar dispositivos o conjuntos microelectrónicos, micromecánicos, microópticos y de función mixta, tanto en dos dimensiones como en tres dimensiones. Esta invención también se refiere a dispositivos microelectrónicos y optoelectrónicos asociados, sistemas, y plataformas de manufacturación que proporcionan transporte de campo eléctrico, y opcionalmente, direccionamiento selectivo de componentes, que incluyen componentes autoensamblables, de tamaño micrométrico y submicrométrico hasta ubicaciones seleccionadas sobre el propio dispositivo o sobre otros materiales de substrato. Antecedentes de la invención Los campos de la electrónica/fotónica molecular y la nanotecnología ofrecen enormes promesas tecnológicas para el futuro. La nanotecnología se define como una tecnología proyectada basándose en una capacidad generalizada para construir objetos con complejas especificaciones atómicas. Drexler, Proc. Natl. Acad. Sci USA, 78:5275-5278, (1981). Nanotecnología generalmente quiere decir controlar átomo a átomo o molécula a molécula para organizar y construir estructuras complejas hasta el nivel macroscópico. La nanotecnología es un enfoque de abajo a arriba, en contraste con una estrategia de arriba a abajo como las técnicas litográficas actuales usadas en las industrias de semiconductores y circuitos integrados. El éxito la de nanotecnología puede basarse en el desarrollo de unidades moleculares autoensamblables programables y herramientas de máquina de nivel molecular, denominadas ensambladores, que posibilitarán la construcción de un amplio rango de estructuras moleculares y dispositivos. Drexler, Engines of Creation, Doubleday Publishing Co., Nueva York, NY (1986). La tecnología electrónica/fotónica molecular actual incluye numeroso esfuerzos desde diversos campos de científicos e ingenieros. Carter, ed., Molecular Electronic Devices II, Marcel Dekker, Inc, Nueva York, NY (1987). Esos campos incluyen rectificadores basados en polímeros orgánicos, Metzger et al., Molecular Electronic Devices II," Carter, ed., Marcel Dekker, Nueva York, NY, pág. 5-25 (1987), la conducción de polímeros conjugados, MacDiarmid et al., Synthetic Metals, 18:285 (1987), propiedades electrónicas de películas orgánicas finas o películas Langmuir-Blogett, Watanabe et al., Synthetic Metals, 28:C473 (1989), registros de desplazamiento molecular basado en transferencia electrónica, Hopfield et al., Science, 241:817 (1988), y un sistema de autoensamblaje basado en lípidos modificados sintéticamente que forman una variedad de microestructuras tubulares diferentes. Singh et al., Applied Bioactive Polymeric Materials, Plenum Press, Nueva York, NY, pág. 239-249 (1988). Dispositivos ópticos o fotónicos moleculares basados en polímeros orgánicos conjugados, Baker et al., Synthetic Metals, 28:D639 (1989), y también se han descrito materiales orgánicos no lineales. Potember et al., Proc. Annual Conf. IEEE in Medicine and Biology, Part 4/6:1302-1303 (1989). Sin embargo, ninguna de las referencias citadas describe un nivel sofisticado o programable de autoensamblaje o autoorganización de manufacturación. Habitualmente, el mismo componente molecular que lleva a cabo el mecanismo fotónico y/o electrónico es una proteína biológica natural u otra molécula. Akaike et al., Proc. Annual Conf. IEEE en Medicine and Biology, Part 4/6:1337-1338 (1989). En este momento no hay ejemplos de una molécula autoensamblable programable completamente sintética que produzca un dispositivo, mecanismo o estructura electrónica o fotónicamente eficiente. El progreso en la comprensión del autoensamblaje en sistemas biológicos es relevante para la nanotecnología. Drexler, Proc. Natl. Acad. Sci USA, 78:5275-5278 (1981), y Drexler, Engines of Creation, Doubleday Publishing Co., Nueva York, NY (1986). Áreas de progreso significativo incluyen la organización de los sistemas fotosintéticos que recogen luz, los sistemas de transporte de electrones transductores de energía, el proceso visual, la conducción nerviosa y la estructura y función de los componentes proteínicos que forman estos sistemas. Los denominados biochips han descrito el uso de proteínas modificadas sintética o biológicamente para construir dispositivos electrónicos moleculares. Haddon et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82:1874-1878 (1985), McAlear et al., Molecular Electronic Devices II, Carter ed., Marcel Dekker, Inc., Nueva York NY, pág. 623-633 (1987). Se han llevado a cabo algunos trabajos sobre proteínas sintéticas (polipéptidos) con el objetivo de desarrollar redes conductoras. McAlear et al., Molecular Electronic Devices, Carter ed., Marcel Dekker, Nueva York, NY, pág. 175- 180 (1982). Otros trabajadores han especulado con que los biochips basados en ácido nucleico pueden ser más prometedores. Robinson et al., The Design of a Biochip: a Self-Assembling Molecular-Scale Memory Device, Protein Engineering, 1:295-300 (1987). También se han hecho grandes avances en la comprensión de la estructura y función de los ácidos nucleicos, ácido desoxirribonucleico o ADN, Watson, et al., en Biology molecular of the Gene, Vol. 1, Benjamin Publishing Co., Menlo Park, CA (1987), que es el portador de la información genética en todos los organismos vivos (véase la figura 1). En el ADN, la información se codifica en la secuencia lineal de nucleótidos mediante sus unidades básicas adenina, guanina, citosina, y timidina (A, G, C, y T). Cadenas simples de ADN (o polinucleótido) tienen la propiedad 2   única de reconocer y unir, por hibridación, a su secuencia complementaria para formar una estructura doble de ácido nucleico de doble cadena. Esto es posible debido a las propiedades inherentes de emparejamiento de base de los ácidos nucleicos: A reconoce a T, y G reconoce a C. Esta propiedad conduce a un muy alto grado de especificidad puesto que cualquier secuencia polinucleótida dada se hibridará solamente con su secuencia complementaria exacta. Además de la biología molecular de ácidos nucleicos, también se han hecho grandes progresos en el área de la síntesis química de ácidos nucleicos. Esta tecnología ha desarrollado tales instrumentos automáticos que pueden ahora sintetizar eficazmente secuencias de más de 100 nucleótidos de longitud, con una velocidad de síntesis de 15 nucleótidos por hora. Además, se han desarrollado muchas técnicas para la modificación de ácidos nucleicos con grupos funcionales, incluyendo: fluoróforos, cromóforos, marcadores de afinidad, quelatos metálicos, grupos químicamente reactivos y enzimas. Smith et al., Nature, 321:674-679 (1986); Agarawal et al., Nucleic Acids Research, 14:6227- 6245 (1986); Chu et al., Nucleic Acids Research, 16:3671-3691 (1988). Un ímpetu para desarrollar tanto la síntesis como la modificación de ácidos nucleicos ha sido el potencial para su uso en ensayos de diagnóstico clínico, un área a la que también se hace referencia como diagnósticos con sonda de ADN. Los mecanismos fotónicos simples se han incorporado a oligonucleótidos modificados en un esfuerzo para conferir propiedades de detección fluorescente sensible a los sistemas de ensayo de diagnóstico con sonda de ADN. Este enfoque incluye oligonucleótidos fluoróforos y marcados quimioluminiscentemente que llevan a cabo transferencia de energía no radiactiva de Förster. Heller et al., Rapid Detection and Identification of Infectious Agents, Kingsbury et al., eds., Academic Press, Nueva York, NY pág. 345-356 (1985). La transferencia de energía no radiactiva de Förster es un proceso mediante el cual un grupo dador fluorescente excitado a una longitud de onda transfiere su energía absorbida por un proceso de acoplamiento de dipolo resonante a un grupo aceptor fluorescente adecuado. La eficacia de la transferencia de energía entre un grupo dador y un grupo aceptor adecuados tiene una dependencia de la distancia de 1/r 6 (véase Lakowicz et al., Principles of Fluorescent Spectroscopy, Plenum Press, Nueva York, NY, cap. 10, pág. 305-337 (1983)). En cuanto a los dispositivos fotónicos, pueden fabricarse generalmente en disposiciones densas usando técnicas de microfabricación bien desarrolladas. Sin embargo, sólo pueden integrarse sobre pequeñas áreas limitadas por las densidades de defecto relativamente altas de los sustratos empleados. Para ser útiles y económicamente viables, estos dispositivos deben en muchos casos, usarse dentro de circuitos integrados de silicio de gran área.... [Seguir leyendo]

1. Método para el transporte de un dispositivo microelectrónico o micromecánico que comprende las etapas de: proporcionar una plataforma de ensamblaje plana que tiene al menos un electrodo objetivo, proporcionar un primer dispositivo microelectrónico o micromecánico y un medio fluido en contacto con la plataforma de ensamblaje plana, y colocar el dispositivo en relación con la plataforma de ensamblaje plana mediante la acción de al menos una fuerza electroosmótica a lo largo de la plataforma de ensamblaje plana sobre el dispositivo. 2. Método según la reivindicación 1, en el que el método comprende además la etapa de fijar el dispositivo a la plataforma de ensamblaje plana. 3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que el campo eléctrico comprende además fuerzas electrostáticas, electroforéticas y dielectroforéticas. 4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la fuerza electroosmótica se genera al menos en parte por el electrodo objetivo. 5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la plataforma de ensamblaje plana está dotada además de un electrodo de accionamiento. 6. Método según la reivindicación 5, en el que el electrodo de accionamiento se proporciona próximo al electrodo objetivo. 7. Método según la reivindicación 5, en el que la fuerza electroosmótica se genera al menos en parte por el electrodo de accionamiento. 8. Método según la reivindicación 2, en el que la etapa de fijación incluye una etapa de reflujo de soldadura. 9. Método según la reivindicación 2 que incluye además una etapa de activación eléctrica del dispositivo fijado a la plataforma de ensamblaje plana. 10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el dispositivo es un dispositivo microelectrónico. 11. Método según la reivindicación 10, en el que el dispositivo microelectrónico es un diodo emisor de luz (LED). 12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el dispositivo es un dispositivo micromecánico. 13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que la etapa de colocación implica etapas en serie de colocación de un único dispositivo. 14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en el que múltiples dispositivos se colocan en paralelo. 15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el que el dispositivo está dotado de un sistema de unión para fijar a la plataforma de ensamblaje plana. 16. Método según la reivindicación 15, en el que el sistema de unión incluye ácidos nucléicos. 17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-16, en el que la etapa de colocación incluye proporcionar una característica de superficie para afectar al movimiento de la plataforma de ensamblaje plana. 18. Método según la reivindicación 17, en el que la característica de superficie incluye un tope. 19. Método según la reivindicación 17, en el que la característica de superficie incluye un rebaje. 20. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-19, en el que al menos ciertas etapas transcurren en un entorno de gravedad reducida. 24     26   27   28   29     31   32   33   34     36   37