PROCEDIMIENTO DE RECUBRIMIENTO DE ELECTRODOS DE UN DISPOSITIVO ELECTRÓNICO POR ATRAPAMIENTO MAGNÉTICO, ELECTRODO ASÍ OBTENIDO, DISPOSITIVO QUE INCORPORA DICHO ELECTRODO Y USO DE DICHO DISPOSITIVO.

Procedimiento de recubrimiento de electrodos de un dispositivo electrónico por atrapamiento magnético,

electrodo así obtenido, dispositivo que incorpora dicho electrodo y uso de dicho dispositivo.

Se describe un procedimiento para producir recubrimientos en uno de los electrodos, denominado electrodo de trabajo, de dispositivos electrónicos destinados a la realización de medidas electroquímicas amplificadas, y que una vez realizada la medida el recubrimiento pueda ser desprendido devolviendo el dispositivo electrónico a su estado anterior a la realización de recubrimiento; pudiendo ser reutilizado para realizar otras medidas, usando el mismo u otro recubrimiento.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200931261.

Solicitante: CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC).

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MUÑOZ PASCUAL,FCO. JAVIER, BALDRICH RUBIO,EVA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B81C1/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B81 TECNOLOGIA DE LAS MICROESTRUCTURAS.B81C PROCEDIMIENTOS O APARATOS ESPECIALMENTE ADAPTADOS PARA LA FABRICACION O EL TRATAMIENTO DE DISPOSITIVOS O SISTEMAS DE MICROESTRUCTURA (fabricación de microcápsulas o de microbolas B01J 13/02; procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de elementos piezoeléctricos o electroestrictivos o magnetoestrictivos en sí H01L 41/22). › Fabricación o tratamiento de dispositivos o de sistemas en o sobre un substrato (B81C 3/00 tiene prioridad).
  • B82Y15/00 B […] › B82 NANOTECNOLOGIA.B82Y USOS O APLICACIONES ESPECIFICOS DE NANOESTRUCTURAS; MEDIDA O ANALISIS DE NANOESTRUCTURAS; FABRICACION O TRATAMIENTO DE NANOESTRUCTURAS.Nano tecnología para interactuar, detectar o actuar, p. ej. puntos cuánticos como marcadores en ensayos de proteínas o motores moleculares.

PDF original: ES-2366516_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de recubrimiento de electrodos de un dispositivo electrónico por atrapamiento magnético, electrodo así obtenido, dispositivo que incorpora dicho electrodo y uso de dicho dispositivo.

Objeto de la invención

La presente invención pertenece al campo de los dispositivos microelectrónicos y los recubrimientos específicos para electrodos de dichos dispositivos microelectrónicos.

Un primer objeto de la presente invención es un dispositivo microelectrónico en que al menos un electrodo ha sido modificado con un recubrimiento desprendible mediante atrapamiento magnético.

Un segundo objeto de la invención consiste en un procedimiento para poder realizar recubrimientos desprendibles sobre electrodos de dispositivos microelectrónicos mediante atrapamiento magnético.

Antecedentes de la invención

Desde su descubrimiento, los nanotubos de carbono (NTC) se han convertido en uno de los nanomateriales más prometedores y tanto el procedimiento de producción como su purificación, modificación y/o funcionalización han sido extensamente sometidos a protección industrial. Aparte de otras muchas aplicaciones potenciales, los NTC han sido explotados en un importante número de aplicaciones electroanalíticas y sensoras. Esto es principalmente debido al hecho de que la incorporación de NTC a los diferentes tipos de electrodos permite tomar ventaja de la alta resistencia mecánica de este nanocomponente, que también muestra gran estabilidad química y conductividad electrónica. Los electrodos modificados con NTC presentan además superficies activas de mayor rugosidad y superficie, niveles más bajos de adsorción inespecífica de biocomponentes, niveles importantes de actividad electrocatalítica hacia una gran variedad de moléculas, y mayor eficiencia de transferencia de electrones que electrodos similares no modificados.

La estrategia más simple para la producción de electrodos modificados con NTC consiste en depositar un pequeño volumen de una dispersión de NTC (por lo general preparada en disolventes orgánicos) sobre la superficie del electrodo, seguido de la evaporación del disolvente. Sin embargo, un cierto número de estrategias alternativas han sido descritas hasta la fecha, basadas entre otras en la electrodeposición, electroforesis, estampado, spin-coating, atrapamiento, conjugación química/covalente y autoensamblado de capas alternas (Layer-by-layer formation) de los NTC. En parte de los trabajos existentes, los NTC se incorporan a la superficie del electrodo en combinación con biopolímeros, aceites minerales, polímeros conductores y/o nanopartículas, dando forma a una variedad de materiales compuestos que mejoran de forma importante el rendimiento electroquímico del electrodo.

Sin embargo, estos procedimientos generalmente implican estrategias de producción de al menos horas y rara vez son compatibles con la regeneración fácil del electrodo mediante eliminación de los NTC. Un solo informe (una solicitud de patente americana US 2005/0239948 A1 y los correspondientes artículos Haik, Y.; Chatterjee, J.; Chen, C. J. Nsti Nanotech 2004, Vol 3, Technical Proceedings 2004, 300-301 y Haik, Y.; Chatterjee, J.; Chen, C. J. In Nsti Nanotech 2004, Vol 3, Technical Proceedings: US, 2005; Vol. US 2005/0239948 A1) describe el uso combinado de NTC y nanopartículas magnéticas. En él se describe la adsorción inespecíficas de nanopartículas magnéticas (5-100 nm) sobre la superficie de los NTC, suspensión en una matriz (polimérica, cerámica, metálica, un gel) , alineamiento mediante un campo magnético, y solidificación del compuesto por secado/eliminación de la matriz. El material resultante es entonces cortado en láminas, sin especificarse ninguna aplicación potencial.

La incorporación de nanotubos de carbono (NTC) a la superficie de electrodos contribuye a aumentar su rugosidad y superficie, reduce el nivel de adsorción inespecífica de biocomponentes, proporciona actividad electrocatalítica frente a una variedad de moléculas, y mejora la transferencia de electrones. Hasta la fecha, este tipo de modificación se basa en la deposición irreversible de los NTC sobre la superficie mediante estrategias poco compatibles con la reutilización del electrodo, a menudo utilizando disolventes orgánicos potencialmente dañinos para el operador y el medio ambiente. Además, como los NTC son un material altamente poroso, los electrodos modificados con NTC pueden sufrir niveles de adsorción inespecífica y/o electrodeposición de biomoléculas demasiado altos para garantizar ausencia de contaminación cruzada entre muestras en estudio y la especificidad y reproducibilidad del protocolo de medida.

La deposición de NTC dispersos en disolventes orgánicos tiene en algunos casos efectos perjudiciales en la integridad de los electrodos, por ejemplo la disolución de las pastas/tintas con las que se producen los electrodos serigrafiados (SPE) y la reducción del tiempo de vida media de los mismos.

Descripción de la invención

El procedimiento objeto de la invención describe un método extremadamente rápido y sencillo para la producción reversible de dispositivos electrónicos o microelectrónicos modificados con recubrimientos de nanotubos de carbono (NTC) mediante atrapamiento magnético en medio acuoso.

Dicho procedimiento explota la fuerte tendencia que muestran los NTC a adsorberse inespecíficamente sobre la superficie de partículas magnéticas (PM) , por ejemplo PM que han sido previamente recubiertas con proteína. Los ensamblados de PM/NTC son subsiguientemente capturados sobre la superficie de un dispositivo electrónico o microelectrónico mediante captura magnética, un procedimiento que resulta extremadamente rápido y sencillo. Los dispositivos modificados de esta forma presentan comportamiento electrocatalítico frente a una variedad de analitos, mejores límites de detección y señales significativamente más altas que los electrodos sin modificar. Tras la toma de medidas, y en ausencia de atracción magnética, los PM/NTC pueden ser eliminados fácilmente mediante lavado y la superficie del dispositivo puede ser reutilizada indefinidamente.

Los nanotubos de carbono (NTC) han sido explotados para un número importante de aplicaciones electroanalíticas y sensoras. Su incorporación a la superficie de electrodos contribuye a aumentar su rugosidad y superficie, reduce el nivel de adsorción inespecífica de biocomponentes, proporciona actividad electrocatalítica frente a una variedad de moléculas, y mejora la transferencia de electrones. Hasta la fecha, este tipo de modificación se basa en la deposición irreversible de los NTC sobre la superficie mediante estrategias que son poco compatibles con la reutilización del electrodo. No obstante, los NTC son un material altamente poroso y los electrodos modificados con NTC son susceptibles de promover niveles importantes de adsorción inespecífica y/o electrodeposición de biomoléculas y/o biomoléculas, lo que podría inducir contaminación cruzada entre muestras en estudio y afectar la especificidad y reproducibilidad del protocolo de medida. Este inconveniente ha sido a menudo eludido mediante la combinación de los NTC con polímeros cargados eléctricamente capaces de repeler las moléculas de carga negativa/positiva.

Por otra parte usando NTC carboxilados (con grupos carboxilo en superficie) dispersos en medio acuoso, se observa una fuerte tendencia de los mismos a adsorberse inespecíficamente sobre a superficies recubiertas de proteína. En esta invención se hace uso de esta capacidad para producir PM recubiertas de NTC y la subsiguiente captura magnética de estos complejos de PM/NTC para la producción de electrodos modificados con NTC. El protocolo de producción resulta extremadamente rápido, fácil de llevar a cabo, y no requiere la utilización de disolventes orgánicos evitando efectos perjudiciales en la integridad de los electrodos. Esto minimiza la exposición a los disolventes y a su vez resulta beneficioso para el medio ambiente a nivel de gestión de residuos.

El procedimiento descrito en esta invención se basa en la utilización de nanotubos de carbono (NTC) , independientemente de su origen, método de producción, composición o características, siempre y cuando sean solubles en medio acuoso. Puede tratarse de NTC que hayan sido sometidos a un tratamiento (físico/químico) que los haga hidrofílicos/hidrosolubles (por ejemplo, pero no exclusivamente, generación de grupos carboxilo en superficie mediante tratamiento ácido) , o de NTC que hayan... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de recubrimiento de electrodos de un dispositivo electrónico que comprende: a) activar y/o lavar un electrodo de trabajo a recubrir, b) dispersar unos nanotubos de carbono (NTC) solubles en un medio acuoso a una concentración definida

entre 0.1 y 10 mg/ml, c) concentrar unas partículas magnéticas (PM) ) solubles en medio acuoso haciendo uso de un campo mag

nético generado por un primer generador de campos magnéticos, d) eliminar sobrenadante, e) lavar las partículas magnéticas (PM) con el medio acuoso en que se han dispersado los NTC y repetir c) y

d) , f) resuspender el resultado de la fase anterior en un volumen de dispersión de NTC preparado en b) , g) fijar un segundo generador de campo magnético en el envés del electrodo de trabajo a recubrir, h) recubrir el electrodo de trabajo por deposición del resultado de (f) sobre una cara a recubrir del electrodo

de trabajo.

2. Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado porque incluye retirar el generador de campo magnético causando el desprendimiento del recubrimiento presente sobre el electrodo de trabajo y lavar el electrodo de trabajo.

3. Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado porque las PM están recubiertas por al menos una proteína.

4. Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado porque el medio acuoso de b) es una solución salina.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los NTC están modificados.

6. Procedimiento según reivindicación 6 caracterizado porque los NTC están funcionalizados.

7. Electrodo obtenible mediante el procedimiento descrito en una cualquiera de las reivindicaciones1a6.

8. Dispositivo electrónico caracterizado porque comprende el electrodo descrito en la reivindicación 7.

9. Uso del dispositivo electrónico descrito en la reivindicación anterior para la realización de detección y medición de analitos.


 

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