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CARACTERIZACIÓN Y PROPIEDADES DE MATERIALES ALTERNATIVOS COMO MICROESTRUCTURAS EN ELECTRODOS PARA APLICACIONES BIOMÉDICAS B. S. Soto-Cruz a , J. L. Sosa-Sánchez b a Laboratorio de Microsensores y Circuitos Integrados, [email protected]

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IV. PRODUCTOS ENTREGABLES

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Iv productos entregables

CARACTERIZACIÓN Y PROPIEDADES DE MATERIALES ALTERNATIVOS COMO MICROESTRUCTURAS EN ELECTRODOS PARA APLICACIONES BIOMÉDICAS

B. S. Soto-Cruza, J. L. Sosa-Sánchezba Laboratorio de Microsensores y Circuitos Integrados,[email protected]

b Laboratorio de Química, [email protected]

CENTRO DE INVESTIGACIONES EN DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES BUAP

A. P. 1651, 72000 Pue., MéxicoTel. +222 229 5500 ext. 7878, Fax: +222 2330284,

II. METODOLOGÌA

Se realizaron tres tipos de muestras con metalo-ftalocianinas (M-Pc): de Plomo y Zinc; el procedimiento de obtención puede ser encontrado en el trabajo realizado por Sosa et. al. [1]. Para los depósitos fueron usados substratos de vidrio. Para las mediciones de biocompatibilidad, las condiciones de las medición morfológica puede encontrarse en el trabajo realizado por Soto et. al. [2]. Se desarrollo un sistema que incluye un medio de cultivo con 48 microelectrodos. Para formar el contacto posterior (al Amplificador) en las mediciones eléctricas, se realizó un patrón metálico previo al depósito de las metalo-ftalocianinas, en donde se diseño el plano del patrón de microelectrodos en el chip, ver Fig. 1b. El contacto superior, fue obtenido por un alambre de Au de 99.999% de pureza. Para simular las condiciones biológicas, ambos contactos y la muestra se mantuvieron completamente sumergidos en electrolito (solución fisiológica), la Fig. 1a. la sección transversal del sistema de medición.

I. INTRODUCCIÓN

En las últimas décadas, el estudio de la función celular y su

respuesta eléctrica ha sido estudiada usando micropipetas o microelec

trodos planares. La diferencia e importancia radica en la invasión a la célula

y en las características de las técnicas empleadas en el monitoreo de la actividad eléctrica. Dentro de las técnicas más interesantes se encuentra la extracelular utilizan

do microelectrodos planares. La fabricación de estos, tiene posibilidades más amplias;

metales, óxido delgado de indio, óxido de silicio, etc. Además, los procesos de manufactu

ra pueden ser los de circuitos integrados , lo que nos arroja la posibilidad deminiatu rizar un sistema de registro completo. Sin embargo, la eficiencia del registro depende de la ele cción del material dado que esto determina las características eléctricas de la interfaz con el me dio. Regularmente su impedancia eléctrica se ve afectada por las dimensiones, y la forma del microelectrodo, y su valor es extremadamente alto, tanto que la señal proveniente de la célula se ve seriamente afectada. Muchos han sido los esfuerzos para disminuirla, desde tratamientos

para aumentar el área superficial hasta generar microestructuras tridimensionales. A pesar de

todo esto, sigue siendo un punto central de estudios químicos y electrónicos en el

desarrollo de sistemas de registros para aplicaciones biomédicas. Este trabajo se centra

en el estudio de diversos materiales alternativos MPc (metalo-ftalocianinas) de di-

versos metales (Pb, Zn), su caracterización eléctrica y los correspondientes es-

tudios de biocompatibilidad. Adicionalmente se comparan los resultados

con los obtenidos para microelectrodos de silicio cristalino alta-

mente dopado y oro.

Fig. 1 a)

microelectrodos ■interconexiones ■

Matriz de

microelectrodos fabricada.

CA

CD

IV. PRODUCTOS ENTREGABLES

Los estudios de biocompatibilidad fueron realizados en el laboratorio del Instituto de Fisiología BUAP. Las mediciones electrofisiológicas utilizaron neuronas del ganglio vestibular en cultivo, se realizó la identificación celular y la viabilidad celular.

Las curvas I-V y de Impedancia –frec., fueron obtenidas para cada una de las metalo-ftalocianinas a temperatura ambiente usando un sistema automatizado a doc para dicha medición [3]. Los electrodos fueron referenciados a un electrodo de las mismas características (alambre de oro). Las siguientes figuras muestran la comparación del comportamiento eléctrico en CD y CA de los microelectrodos de Au (■ ), silicio cristalino altamente dopado (■) y metalo-ftalocianina de plomo (■).

En A, neuronas inmunorreactivas a neurofilamentos de mediano peso molecular NF-160 KDa después de 18 horas de cultivo en L-15 modificado. En B, potencial de acción generado con un pulso de corriente de 400 pA, Vm = -60 mV. La neurona genera sólo un potencial de acción adaptando rápidamente. C) Registro de un potencial de acción generado por una neurona del ganglio de la raíz dorsal cultivada sobre la película demetalo-ftalocianina de plomo, después de 21 horas de cultivo.

En A y B, neuronas del ganglio de la raíz dorsal cultivadas sobre silicio. Barra de calibración 20m.

IV. BIBLIOGRAFÌA

Se analizaron diferentes materiales como alternativas para microelectrodos. Los resultados se compararon con algunas mediciones experimentales, obteniéndose valores de impedancia para el Si tipo p+ significativamente menores que la contraparte de metal. Para la M-Pc de plomo se comprobó un mejor comportamiento eléctrico lo cual puede ser ventajoso para utilizarse como microelectrodo, comprobando con esto la viabilidad de la estructura propuesta. Otro resultado experimental fue el obtener la densidad de corriente del electrodo del Si tipo p+ comparable con la del metal Pt y aún más grande la de la metalo-ftalocianina de plomo.

Los estudios de biocompatibilidad arrojaron resultados óptimos para el uso de silicio cristalino altamente dopado, sin embargo para el caso de la Pb-Pc los resultados fueron pobres, sin embargo el material no fue tóxico.

Se observa que la densidad de corriente para la M-Pc es más alta que para las otras dos. Esta condición es deseable debido a las condiciones de equilibrio que se requieren en la interfaz microelectrodo/electrolito [4]. Para la banda de frecuencia de 10 a 5KHz se obtuvieron valores de impedancia menores para la Pb-Pc, lo que comprueba la viabilidad de utilizar este material alternativo.

MATERIA

Agradecimientos especiales para el Dr. Enrique Soto Eguibar y colaboradores del Instituto Fisiología por la realización de las mediciones de biocompatibilidad.

Los autores agradecen el apoyo obtenido de SEP/CONACYT a través del proyecto ref. 45043 y al apoyo de fomento a la generación y aplicación innovadora del conocimiento de SEP/PROMEP.


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