ESPEZIALISTAREN IKUSPEGIA
Kontrol horri esker, eskala nanometrikoan soilik agertzen diren propietate berriak lor ditzakegu, edo dagoeneko ezagutzen ditugunak nahierara moldatu; hala, neurrira egindako propietateak izango dituzten material berriak sintetizatzea lortuko dugu, eta oso gailu txiki eta ultrasentikorrak fabrikatu ahal izango ditugu.
Egiturak mikroeskalan eta nanoeskalan fabrikatzeko gaitasuna oso da garrantzitsua, azterketa biomolekularrak egiteko txipetan ez ezik, baita, oro har, mikroteknologiak eta nanoteknologiak garatzeko eta nanozientziak aztertzeko ere. Prozesu litografiko berriak garatzean kontuan izan behar dira alderdi kritiko batzuk; esaterako, bereizmena, fidagarritasuna, abiadura eta zehaztasuna. Horrenbestez, laborategian eskalan egindako prototipoen diseinuak eta garapenak merkaturatzeko moduko produktu bihurtzeko aukera emango duten fabrikatze-metodoak garatu behar dira. Horiek horrela, bereizmena 1 mikrometro baino handiagoa duten egiturak fabrikatu behar direnean, litografia ultramore konbentzionala da erreferentziazko fabrikazio-teknologia. Teknologia horren bidez, selektiboki irradiatzen da geruza fin fotosentikor bat, 350-450 nanometroko argiaz. Teknologia horren bidez, fabrikazio-denborak laburrak dira, eta ekipamenduen eta mantentze-lanen kostua, txikia. Baina ez dago teknologia landurik prestazio horiek emateko bereizmenak mikrometroa baino txikiagoa izan behar duenean, eta horrek nanoteknologiaren arloan egindako prototipoen industrializazioa mugatzen du.
Ahalegin handia egin da mikrometroaz azpiko teknologia litografikoak optimizatzen, eta, horretarako, iturri energetikoagoak erabili dira; adibidez, muturreko litografia ultramorea, elektroi bidezko litografia , ioi-iturri bidezko litografia eta X izpi bidezko litografia . Baina arazo ugari daude egun teknologia horiek produktiboak izan daitezen; adibidez: kostua —kasu batzuetan, 50 milioi dolar baino gehiago— eta fabrikazio-denbora —oso motela industriarako—. Muturreko litografia ultramorea soilik da alternatiba bat —teknologia hori da, hain zuzen, txip batean zirkuitu integratuak sartzen dituen erdieroaleen industrian erabiltzen dena—. Baina inbertsioaren kostua eta urteko mantentze-lanen kostua urtean zehar oso ekoizpen handia duten industrien esku soilik daude; adibidez, erdieroaleen industriaren esku. Eta horrek eragin du, mikroelekronikatik kanpoko aplikazioen agerpenarekin batera (asko bioteknologiaren eta aplikazio biomedikoen arlokoak), ikertzaile ugarik baliabideak inbertitzea bereizmen handiko eta kostu neurritsuko alternatibak bilatzen. Azken urteetan garatutako teknologia garrantzitsu batzuk hauek dira: microcontact printing —indar atomikozko mikroskopian oinarritutako litografia—, nanoinpresioko litografia eta dip-pen litografia —substratuari, kapilaritate bidez, molekulak transferitzeko erabiltzen den cantileverra duena—. Teknologia horien artean, nanoinpresioko litografia da, alde handiz, garatuena, eta laser organikoak, diodo argi-igorle organikoak (OLED), ehunen ingeniaritzarako substratuak eta biomolekulak sentsorizatzeko biotxipak egiteko erabiltzen da. Teknologia hori industria optikorako elementu fotonikoak egiteko erabiltzen da egun, eta, laster, fotolitografia ultramorea ordeztuko du datuak biltegiratzeko unitateen eta pantaila optikoen fabrikazioan.
Nanoinpresioko litografiaren (NIL) printzipioa oso sinplea da. Eskuarki silizioz egiten den eredu bat transferitu egiten da substratua —eskuarki beira edo silizioa— estaltzen duen polimerozko geruza fin batera, presio- eta tenperatura-kondizio kontrolatuetan (1a irudia). Inpresio-prozesu horren bidez, polimerozko hondar-geruza oso fin bat lortzen da, eta oxigenozko plasma anisotropo baten bidez kentzen da, substratura iritsi arte (1b irudia). Ondoren, motiboa substratura transferi daiteke, hutseko eraso anisotropoen bidez. Horretarako, gas espezifikoak erabiltzen dira, eta polimeroak maskara moduan jarduten du (1c irudia); edo, bestela, metalezko geruza fin bat lurruntzen da substratuan, eta, gero, polimeroa ateratzen da disolbatzaile organikoekin (1d irudia). Prozesu horren bidez, eredutik abiatuta, 15 minutu baino gutxiago behar dira substratuen erreplika egiteko; lortzen den gutxieneko bereizmena, funtsean, ereduaren moldeak baldintzatzen du, eta 10 nm baino txikiagoa izan daiteke. Horregatik erakarri du industriaren eta ikerketa-zentroen arreta teknologia horrek, S.Y Chouren taldeak 1995ean Princetongo Unibertsitatean proposatu eta urte gutxira.
Bi prozesu bereizten ditu nanoinpresioko litografiak. Nanoinpresio termikoan (thermal-NIL), inpresio-eredu zurrun bat erabiltzen da —eskuarki silizioa—, eta presioa aplikatzen zaio –10-25 bar ingurukoa– material termoplastikoko geruza fin bati beira-trantsizio tenperatura baino tenperatura altuagoan; hala, materiala jariatu egiten da, eta ereduaren hutsuneak betetzen ditu (2a irudia). Ondoren, hoztu egiten da eredua-substratua multzoa, eta desmoldekatu egiten da beira-trantsizio tenperatura baino tenperatura baxuagoan. Argi ultramorea erabiltzen duen nanoinpresioak (UV-NIL) eredu garden zurrunak —kuartzoa— edo bigunak —silikona— erabiltzen ditu moldearen egitura polimeroari emateko. Horretarako, presio txiki bat eragiten da —1 bar ingurukoa—, eta argi ultramorearen bidez saretzen da polimeroa (2b irudia). Azken hiru urteotan, industria mikroelektronikoak fotolitografian erabiltzen dituen stepper sistemen antzeko sistema komertzialak garatu dira, eta azalera txikiko eredu batetik abiatuta eremu handiak inprimatzeko aukera ematen dute.
Mikrofabrikazio eta Nanofabrikazioaren Unitateak teknologia hori garatu du, eta fabrikazio-prozesuak optimizatu ondoren, osasun-arloan aplikatzen ari da, gailu nanofluidikoetan DNA luzatzean oinarritutako diagnostiko-sistemetan, erdieroalezko laser organikoetan edo azaleko aldaketak egiteko, eredu morfologikoen edo polisakaridoetan oinarritutako polimero naturalen proteinen ereduen bidez.
Ehunen ingeniaritza
Azken urteotan, oso ikerketa-eremu aktiboa izan da zelula amak hazkuntza-faktoreen kontzentrazio handietara jo gabe zelula-lerrotan (hezurrekoak, kartilagokoak, azalekoak…) ongi bereizteko aukera ematen duten kit-en ikerketa. Helburuak dira, batetik, in-vitro bereiztea eta birsortu behar den eremuan materiala txertatzea (azaletik hasi eta bizitzeko ezinbestekoak diren organoetaraino) eta, bestetik, mentua egitea eta in-vivo bereiztea. Hala, zelulaz kanpoko matrizeak lortzeko lan egin da, bi nahiz hiru dimentsiotan, zelula mugitzen den gainazala irudikatzen duten materialetan. Horiek horrela, mikrometroaren eta nanometroaren eskalan kontrolatutako materialaren topografiak zelularen morfologian (lerrokatzea, luzatzea, barreiatzea) funtsezko papera duela ikusi da, eta eragin nabarmena duela haren bereizketan eta zelulen ugaltzean; azken arrazoi horregatik, ikerketaren arlo garrantzitsu batean lantzen da tumore-zelulak ugaritzea eta zabaltzea ekiditea.
Mikrofabrikazio eta Nanofabrikazioaren Unitateak, hasieran, hezur-zeluletako (osteoblastoak) zelula ama mesenkimalen morfologian eta bereizketan topografiak zer eragin duen aztertu zuen, eta horretarako, parametro batzuk aztertu zituen; esaterako, lerrokatzea, luzapena, zelulak hartutako eremua eta fosfatasa alkalinoa entzimaren produkzioa bereizketa horretan (8. irudia). Azterketa hori material sintetiko biobateragarri eta biodegradagarrietan garatu zen; esaterako, polikaprolaktonean.
Egun, polisakaridoetan oinarritutako material naturalekin lan egiten da (bitarteko eta hondakin naturaletatik lortzen dira material horiek; esaterako, kondroitin sulfatotik eta azido hialuronikoaren eratorri batzuetatik). Material horieksintetikoak baino konplexuagoak dira prozesatzeko, eta aztertu eta optimizatu egin dira, UV-NIL bidez beraien mikroegituraketa eta nanoegituraketa lortzeko (9a irudia). Micro-contact printing eta proteinen xurgapenarekiko erresistenteak diren polielektrolitoak (PLL-g-PEG molekulak) konbinatuz, proteina-ereduak geldiarazi ahal izan dira material horietan, eta zenbait proteina-ereduak garatu —esaterako, estreptabidina, albumina edo fibronektina (9b irudia)—. Hala, zelula-mintzerako ainguratze-puntuak lortu dira, eta horrek eragina du haren mugimenduan eta bereizketan. Egun, hezur-zeluletan zelula ama mesenkimalen bereizketa optimoa lortzeko aukera ematen duen kit bat prestatzeko lantzen ari dira.
