Microchip - X (Diez) Curiosidades

Microchips con rectángulos auto-ensamblables

Una nueva técnica permite la producción de estructuras complejas de microchips en un paso de auto-ensamblaje.

David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).

Investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) han desarrollado un nuevo método para crear el complejo conjunto de cables y conexiones en microchips, utilizando un sistema de polímeros de auto-ensamblaje. El trabajo podría conducir eventualmente a una manera de hacer componentes más compactos en chips de memoria y otros dispositivos.

El nuevo método — desarrollado por el estudiante de doctorado visitante del MIT, Amir Tavakkoli, de la Universidad Nacional de Singapur, junto con otros dos estudiantes graduados y tres profesores en los departamentos de Ingeniería Eléctrica y Ciencias Computacionales (EECS) y de Ingeniería y Ciencia de los Materiales (DMSE) — es descrito en un artículo que será publicado este próximo mes de Agosto en la revista Advanced Materials; el artículo está disponible en línea ahora.

El proceso está estrechamente relacionado a un método que el mismo equipo describió el mes pasado en un artículo en Science, que hace posible la producción de configuraciones tridimensionales de cables y conexiones utilizando un sistema similar de polímeros autoensamblables.

En el nuevo artículo, los investigadores describen un sistema para producir matrices de cables que se encuentran en ángulos rectos, formando cuadrados y rectángulos. Si bien estas formas son la base para la mayoría de los diseños de circuitos de microchips, éstos son difíciles de producir a través del auto-ensamblado. Cuando las moléculas se auto-ensamblan, explica Caroline Ross, la profesora de Toyota de Ingeniería y Ciencia de los Materiales y co-autora de los artículos, tienen una tendencia natural a crear formas exagonales — como en un panal o en un conjunto de burbujas entre hojas de vidrio.

Por ejemplo, un conjunto de rodamientos pequeños en una caja “tiende a dar una simetría hexagonal, incluso aunque esté en una caja cuadrada”, Ross dice. “Pero eso no es lo que quieren los diseñadores de circuitos. Ellos quieren patrones con ángulos de 90 grados” — para superar la tendencia natural fue esencial producir un útil sistema de auto-ensamblaje, dice ella.

La solución del equipo crea una serie de pequeños postes en la superficie que guían los patrones de las moléculas de polímero de auto-ensamblaje. Esto resulta que tiene otras ventajas también: Además de producir patrones cuadrados y rectangulares perfectos de diminutos cables de polímeros, el sistema también permite la creación de una variedad de formas del material mismo, incluyendo cilindros, esferas, elipsoides y cilindros dobles. “Puedes generar este asombroso conjunto de características”, Ross dice, “con una plantilla muy simple”.

Karl Berggren, un profesor asociado de ingeniería eléctrica en el MIT y co-autor del artículo, explica que estas formas complejas son posibles porque “la plantilla, que está recubierta con el fin de repeler uno de los componentes poliméricos, causa una gran tensión local en el patrón. El polímero se tuerce y gira para tratar de evitar esta tensión, y al hacerlo se reorganiza en la superficie. Así podemos vencer las inclinaciones naturales de los polímeros, y hacer que creen patrones mucho más interesantes”.

Este sistema también puede producir características tales como conjuntos de agujeros en el material, cuyo espaciamiento está mucho más cerca de lo que se puede lograr utilizando métodos de fabricación de chips convencionales. Eso significa que puede producir características mucho más compactas en el chip de lo que los métodos actuales pueden crear — un paso importante en los esfuerzos en curso para empacar más y más componentes electrónicos en un determinado microchip.

“Esta nueva técnica puede producir múltiples [formas o patrones] simultáneamente”, dice Tavakkoli. Puede también hacer “patrones complejos, que es un objetivo para la fabricación de nanodispositivos”, con menos pasos que los procesos actuales. La fabricación de una amplia área de circuitos complejos en un chip utilizando la litografía por haz de electrones “podría tomar varios meses” dice. Por el contrario, utilizando el método de polímero auto-ensamblable tomaría sólo unos pocos días.

Eso está todavía demasiado lejos de la fabricación de un producto comercial, pero Ross explica grandes áreas en que este paso debe hacerse una sola vez para crear un patrón maestro, que luego pueda ser utilizado para estampar un revestimiento en otros chips en un proceso muy rápido de fabricación.

La técnica podría extenderse también más allá de la fabricación de microchips, dice Ross. Por ejemplo, un enfoque para la búsqueda de empacar cada vez mayores cantidades de datos en medios magnéticos como discos duros de computadoras, es utilizar un revestimiento magnético con un patrón muy fino estampado en él, definiendo con precisión las áreas donde cada bit de datos va a ser guardado. Un patrón tan fino podría potencialmente ser creado utilizando este método de auto-ensamblaje, ella dice, y luego estampado en los discos.

Craig Hawker, un profesor de química y bioquímica en la Universidad de California en Santa Barbara, que no estuvo involucrado en este trabajo, dice “Hay una necesidad y requisitos crecientes en la industria para encontrar una alternativa a la fotolitografía tradicional para la fabricación de dispositivos microelectrónicos de vanguardia. Este trabajo representa un logro fundamental en este campo y demuestra claramente que estructuras antes consideradas imposibles de alcanzar por una estrategia de auto-ensamblaje puede ahora ser preparada con un alto grado de fidelidad”.

Los colegas de Tavakkoli y Ross en este trabajo son los estudiantes de doctorado de DMSE, Adam Hannon y Kevin Gotrik, el profesor de DMSE, Alfredo Alexander-Kats y el profesor de EECS, Karl Berggren. La investigación, que incluye trabajo en el Laboratorio de Nanoestructuras y el centro de Litografía de Escaneo por Haz de Electrones del MIT, fue financiado por la Semiconductor Research Corporation, el Center on Functional Engineered Nano Architectonics, el Instituto Nacional de Recursos, la Alianza Singapore-MIT, la National Science Foundation, la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company y Tokyo Electron.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nuevo chip que captura energía de múltiples fuentes

Un sistema desarrollado en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) podría combinar energía recolectada de la luz, calor y vibraciones, para ejecutar sistemas de vigilancia.

David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).

Los investigadores del MIT han dado un paso significativo hacia los sistemas de vigilancia sin baterías — que podría finalmente ser utilizado en dispositivos biomédicos, sensores del medio ambiente en lugares remotos y medidores en puntos de difícil acceso, entre otras aplicaciones.

El trabajo previo del laboratorio de profesor Anantha Chandrakasan del MIT, se ha enfocado en el desarrollo de chips de computadora y comunicación inalámbrica, que pueden operar a niveles de energía extremadamente bajos, y en una variedad de dispositivos que pueden aprovechar el poder de la luz natural, el calor y vibraciones en el medio ambiente. El desarrollo más reciente, llevado a cabo con el estudiante de doctorado Saurav Bandyopadhyay, es un chip que podría aprovechar las tres de estas fuentes de energía ambiental a la vez, optimizando el suministro de energía.

El circuito de combinación de energía se describe en un artículo que se publicará este verano en el Diario de Circuitos de Estado Sólido del IEEE.

“La recolección de energía se está convirtiendo en una realidad”, dice Chandrakasan, el profesor de Ingeniería Eléctrica de Keithley y director del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias Computacionales del MIT. Los chips de bajo consumo de energía que pueden recopilar datos y transmitirlos a una estación central están en desarrollo, así como los sistemas para aprovechar la energía de fuentes ambientales. Pero el nuevo diseño logra un uso eficiente de múltiples fuentes de energía en un solo dispositivo, una gran ventaja ya que muchas de estas fuentes son intermitentes e impredecibles.

“La clave aquí es el circuito que combina eficientemente muchas fuentes de energía en una sola”, dice Chandrakasan. Los dispositivos individuales necesarios para aprovechar estas pequeñas fuentes de energía — como la diferencia entre la temperatura del cuerpo y el aire exterior, o los movimientos y vibraciones de cualquier cosa de una persona que camina a un puente en vibración porque el tráfico pasa sobre él – ya se han desarrollado, muchos de ellos en el laboratorio de Chandrakasan.

Combinando el poder de estas fuentes variables requiere un sofisticado sistema de control, Bandyopadhyay explica: Por lo general cada fuente de energía requiere su propio circuito de control para cumplir con sus requisitos específicos. Por ejemplo, circuitos para aprovechar diferencias térmicas producen típicamente sólo de 0,02 a 0,15 voltios, mientras que las células fotovoltaicas de baja potencia pueden generar de 0,2 a 0,7 voltios y los sistemas de recolección de vibraciones pueden producir hasta 5 voltios. La coordinación de estas diferentes fuentes de energía en tiempo real para producir una salida constante es un proceso difícil.

Hasta ahora, la mayoría de los esfuerzos para aprovechar múltiples fuentes de energía simplemente han conmutado entre ellos, aprovechándose del que esté generando la mayor cantidad de energía en un momento dado, dice Bandyopadhyay, pero que puede desperdiciar la energía que está siendo entregada por las otras fuentes. “En lugar de eso, se extrae la energía de todas las fuentes”, dice. El enfoque combina la energía de múltiples fuentes al cambiar rápidamente entre ellas.

Otro desafío para los investigadores fue reducir al mínimo la energía consumida por el circuito de control en sí, para dejar lo más posible a los dispositivos que en realidad está alimentando — tales como sensores para medir la frecuencia cardíaca, azúcar en la sangre, o las tensiones en un puente o una tubería. Los circuitos de control optimizan la cantidad de energía extraída de cada fuente.

El sistema utiliza una innovadora arquitectura de doble vía. Usualmente, las fuentes de energía serían usadas para cargar un dispositivo de almacenamiento, tal como una batería o un supercondensador, que luego alimentarían al verdadero sensor u otro circuito. Pero en este sistema de control, el sensor puede ser alimentado desde un dispositivo de almacenamiento o directamente de la fuente, evitando el sistema de almacenamiento por completo. “Eso lo hace más eficiente”, dice Bandyopadhyay. El chip utiliza un solo inductor de tiempo compartido, un componente crucial para apoyar a los múltiples convertidores necesarios en este diseño, en vez de independientes para cada fuente.

David Freeman, jefe tecnólogo de soluciones de suministro de energía en Texas Instruments, que no participó en este trabajo, dice: “El trabajo que se realiza en el MIT es muy importante para permitir la recolección de energía en diferentes entornos. La capacidad de extraer energía de varias fuentes diferentes ayuda a maximizar la potencia para una mayor funcionalidad de sistemas como los nodos de sensores inalámbricos”.

Sólo recientemente, dice Freeman, compañías como Texas Instruments han desarrollado microcontroladores de muy baja potencia y transceptores inalámbricos que podrían ser alimentados por esas fuentes. “Con innovaciones como éstas que combinan múltiples fuentes de energía, estos sistemas pueden ahora comenzar a aumentar la funcionalidad”, dice. “Los beneficios de operar desde múltiples fuentes no sólo incluye la maximización de la energía máxima, sino que también ayuda cuando puede ser que una sola fuente de energía esté disponible”.

El trabajo ha sido financiado por el Interconnect Focus Center, un programa combinado de la Defense Advanced Research Projects Agency y compañías en las industrias de defensa y de semiconductores.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Mini-Internet dentro de chips

Mini-Internet en chip — Imagen: Christine Daniloff

Las técnicas de enrutamiento en las que se basa el Internet podrían incrementar la eficiencia de chips de múltiples núcleos mientras que reducen sus requerimientos de consumo de energía.

Larry Hardesty, MIT News Office. Original (en inglés).

Los chips de computadora han dejado de volverse más rápidos. Para seguir aumentando el poder computacional de los chips a la misma tasa a la que nos hemos acostumbrado, los fabricantes de chips están dándoles “nucleos”, o unidades de procesamiento, adicionales en su lugar.

Hoy, un chip típico puede tener seis u ocho núcleos, todos comunicados uno con el otro sobre un solo grupo de cables, llamado un bus (o canal). Con un bus, sin embargo, solo un par de núcleos puede hablar a la vez, lo que sería una seria limitación en chips con cientos o incluso miles de núcleos, lo que muchos ingenieros eléctricos predicen como el futuro de la computación.

Li-Shiuan Peh, una profesora asociada de Ingeniería Eléctrica y Ciencia Computacional en el MIT, quiere que los núcleos se comuniquen de la misma manera que computadoras conectadas a Internet lo hacen: agrupando la información que transmiten en “paquetes”. Cada núcleo tendría su propio ruteador, que podría enviar un paquete por varios caminos, dependiendo de la condición de la red entera.

En la conferencia Design Automation en junio, Peh y sus colegas presentarán una revista académica que ella describe como “resumiendo 10 años de investigación” en dichas “redes en un chip”. No solo los investigadores establecen los límites teóricos en la eficiencia de redes de comunicación en chips basadas en paquetes, sino que también presentan medidas realizadas en un chip de prueba en el que se acercaron a alcanzar varios de esos límites.

La última parada para los buses

En principio, chips con múltiples núcleos son más rápidos que chips de un solo núcleo por que pueden dividir tareas computacionales y ejecutar varias de ellas a la vez. Núcleos trabajando en la misma tarea ocasionalmente necesitarán compartir datos, pero hasta recientemente, el conteo de núcleos en chips comerciales ha sido lo suficientemente bajo que un solo bus ha sido capaz de manejar la carga de comunicaciones extras. Sin embargo, eso ya está cambiando: “Los buses han alcanzado un límite”, dice Peh. “Tipicamente escalan a alrededor de ocho núcleos”. Los chips de 10 núcleos encontrados en los servidores de alto rendimiento frecuentemente agregan un segundo bus, pero ese acercamiento no funcionará para chips con cientos de núcleos.

Uno de los problemas es que, dice Peh, “los buses requieren mucha energía, por que están tratando de manejar largos cables a ocho o 10 núcleos a la vez”. En el tipo de red que Peh está proponiendo, por otro lado, cada núcleo se comunica solo con los cuatro núcleos adyacentes a él. “Aquí, estás manejando segmentos de cables más cortos, así que eso te permite usar un voltaje más bajo”, ella explica.

En una red-en-un-chip, sin embargo, un paquete de datos viajando de un núcleo al otro tiene que detenerse en cada ruteador en el medio. Además, si dos paquetes llegan al ruteador al mismo tiempo, uno de ellos debe ser almacenado en memoria mientras que el ruteador maneja el otro. Muchos ingenieros, dice Peh, se preocupan de que estos requerimientos extras introducirán los suficientes retrasos y complejidad computacional para contrarrestar los beneficios de la conmutación de paquetes. “El problema más grande, pienso, es que en la industria justo ahora, la gente no sabe como construir estas redes, porque han sido buses por décadas”, dice Peh.

Pensando a futuro

Peh y sus colegas han desarrollado dos técnicas para hacer frente a estas preocupaciones. Una es algo que ellos llaman “evitado virtual”. En Internet, cuando un paquete llega a un ruteador, el ruteador inspecciona su información de direccionamiento antes de decidir por que camino enviarlo. Con un evitado virtual, sin embargo, cada router envía una señal previa al siguiente, para que pueda preajustar el cambio, aumentando el paquete sin ninguna computación adicional. En su grupo de chips de prueba, dice Peh, el evitado virtual permitió un acercamiento muy cerrado a la máxima tasa de transmisión predecida por análisis teórico.

La otra técnica es algo llamado señalización de baja oscilación. Los datos digitales consisten de unos y ceros, que son transmitidos por canales de comunicaciones como voltajes altos y bajos. Sunghyun Par, un estudiante de doctorado aconsejado por Peh y Anantha Chandrakasan, profesor de Ingeniería Eléctrica, desarrolló un circuito que reduce la oscilación entre los voltajes altos y bajos de un voltio a 300 milivoltios. Con su combinación de evitado virtual y señalización de baja oscilación, el chip de prueba de los investigadores consumió 38 por ciento menos energía que chips de ruteo de prueba anteriores. Los investigadores tienen más trabajo por hacer, dice Peh, antes de que el consumo de energía de sus chips de prueba se acerquen tanto a su límite teórico como lo hace la tasa de transmisión de datos. Pero, ella agrega, “si lo comparamos contra un bus, tenemos ahorros de órdenes de magnitud”.

Luca Carloni, un profesor asociado de Ciencia Computacional en la Universidad de Columbia quien también investiga redes en chips, dice “el jurado siempre está afuera” en el futuro del diseño de chips, pero que “las ventajas de redes de intercambio de paquetes en chips se ven atractivas”. Él enfatiza que esas ventajas incluyen no solo la eficiencia operacional de los mismos chips, sino también “un nivel de regularidad y productividad al momento de diseñarlos que es muy importante”. Y dentro del campo, añade, “las contribuciones de Li-Shiuan son fundamentales”.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Pequeños chips tridimensionales

Tiny chip 3d — Imagen: Maggie Bartlett, NHGRI

Investigadores del MIT ( Massachusetts Institute of Technolagy – Instituto Tecnológico de Massachusetts) desarrollan un nuevo acercamiento para producir microchips tridimensionales.

Jennifer Chu, MIT News Office. Original (en inglés).

Sistemas microelectromecánicos, or MEMS (Microelectromechanical systems), son pequeños dispositivos con un enorme potencial. Típicamente hechos de componentes de menos de 100 micrones en tamaño – el diámetro de un cabello humano – han sido usados como sensores biológicos, acelerómetros, giroscopios y actuadores.

En su mayoría, los dispositivos MEMS existentes son bidimensionales, con elementos funcionales hechos sobre la superficie del chip. Se pensaba que operar en tres dimensiones – por ejemplo, para detectar aceleración – requeriría complejos sistemas de manufactura y la costosa fusión de múltiples dispositivos en orientaciones precisas.

Ahora investigadores del MIT han llegado con un nuevo acercamiento al diseño de los MEMS que permite a los ingenieros desarrollar configuraciones tridimensionales, usando procesos existentes de fabricación; con este acercamiento, los investigadores construyeron un dispositivo MEMS que permite sensores tridimensionales en un solo chip. El dispositivo de silicón, no mucho más grande que un centavo estadounidense (un centavo estadounidense tiene un díámetro de 19.05 mm x 1.55 mm), contiene elementos microscópicos con un tamaño cercano al de los glóbulos rojos de la sangre que pueden ser diseñados para alcanzar alturas de cientos de micrones sobre la superficie del chip.

Fabio Fachin, un Postdoctorado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica, dice que el dispositivo podría ser equipado con sensores, puestos sobre y bajo los minúsculos puentes del chip, para detectar fenómenos tridimensionales como aceleración. Acelerómetros tan compactos podrían ser útiles en diversas aplicaciones, incluyendo navegación espacial autónoma, donde una resolución extremadamente precisa de campos de aceleración tridimensionales es la clave.

“Uno de los factores principales que impulsan la industria actual de MEMS es el tratar de hacer dispositivos completamente tridimensionales en un solo chip, lo cual no solo permitiría una real sensación y actuación tridimensional, sino también significaría beneficios en el costo”, dijo Fachin. “Un acelerómetro MEMS podría darte [mediciones de] aceleración muy precisas con una huella muy pequeña, lo cual es crítico en el espacio”.

Fachin colaboró con Brian Wardle, un profesor asociado de aeronáutica y astronáutica en el MIT, y Stefan Nickles, un ingeniero de diseño en MEMSIC y Andover, Mass., compañía que desarrolla tecnología de sensores inalámbricos. El equipo mostró lo principios detrás de su acercamiento tridimensional en una revista académica aceptada para publicación en el Diario de Sistemas Microelectromecánicos.

Moviéndose a lo tridimensional

Mientras que la mayoría de los dispositivos MEMS son bidimensionales, ha habido esfuerzos para mover el campo a la tercera dimensión, particularmente para dispositivos hechos de polímeros. Científicos han utilizado litografía para fabricar intricadas estructuras tridimensionales de polímeros, que han sido usadas como pequeños engranes, dientes y micro-turbinas. Sin embargo, dice Fachin, los polímeros no cuentan con la rigidez y fuerza requerida para algunas aplicaciones, y pueden deformarse a altas temperaturas – características que son menos que ideales en aplicaciones como actuadores y absorbedores de choque.

En contraste, materiales como el silicio son relativamente durables y resistentes a la temperatura. Pero, dice Fachin, fabricar dispositivos tridimensionales en silicio es difícil. Ingenieros de MEMS usan una técnica común llamada grabado iónico reactivo profundo para hacer parcialmente estructuras tridimensionales, en las que elementos bidimensionales son grabados en una oblea. Sin embargo, la técnica no permite configuraciones tridimensionales completas, donde las estructuras se elevan más allá de la superficie del chip.

Micro-pilar de Silicio fabricado con el proceso Bosch

Para hacer dichos dispositivos, los ingenieros fabrican pequeños puentes bidimensionales, o voladizos, en la superficie de un chip. Después de que el chip es producido, aplican una pequeña cantidad de fuerza para arquear el puente en una configuración tridimensional. Este último paso, dice Fachin, requiere de gran precisión.

Estrés interno

En vez de esto, el equipo del MIT encontró una forma de crear elementos tridimensionales MEMS sin este último empujón. El grupo basó su aproximación en el estrés residual: En cualquier estructura de puente, no importa su tamaño, existe estrés que queda en un material aún después de que la fuerza original necesaria para producirlo – como el calor o la fuerza mecánica de un proceso de fabricación – ha desaparecido. Dicho estrés puede ser lo suficientemente fuerte para deformar un material, dependiendo de sus dimensiones.

Fachin y sus colegas estudiaron trabajos previos en configuraciones de microhaces y desarrollaron ecuaciones para representar la relación entre la flexibilidad, geometría y el estrés residual de un filme delgado de material. Entonces el grupo conectó la altura deseada de su puente en la ecuación, y obtuvo la cantidad de estrés residual requerida para abrochar o doblar la estructura en la forma deseada. Fachin dice que otros investigadores pueden usar las ecuaciones del grupo como una herramienta analítica para diseñar otros dispositivos tridimensionales usando procesos existentes de fabricación.

“Esto ofrece una forma muy económica para estructuras tridimensionales”, dijo Y.K. Yoon, un profesor asociado de ingeniería eléctrica y computacional en la Universidad de Florida que no tomó parte en la investigación. “Debido a que el proceso está basado en un sustrato de silicio, y es compatible con los procesos estándares de “complementary metal oxide semiconductor” (CMOS – semiconductor de óxido metálico complementario), también ofrecerá un camino a procesos inteligentes CMOS-MEMS, con buena manufacturabilidad”.

El grupo usó su herramienta analítica para diseñar pequeños dispositivos tridimensionales fuera de estructuras de silicio compuestas, con cada chip conteniendo microhaces altamente curvados o abrochados. Los sensores de Fachin, colocados encima de cada puente y en la superficie del chip, pueden triangular para medir la aceleración.

“Para otras aplicaciones donde quieras llegar a tamaños mucho más grandes, podrías elegir un material que tiene un estrés residual más grande, y eso podría causar que el haz se abroche más,” dijo Fachin. “La flexibilidad de la herramienta es importante”.

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Nuevo microchip para separar células por rodamiento

Rolling Chip — Imagen: Nicolle Rager Fuller

En un nuevo microchip, las células se separan por ruedo.

Jennifer Chu, MIT News Office. Original (en inglés).

La rodadura de una célula es un mecanismo común que las células utilizan para navegar a través del cuerpo. Durante inflamación, por ejemplo, las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos presentan ciertas moléculas que atraen a los glóbulos blancos de la sangre, solo lo suficiente para desviarlos del resto del tráfico celular del vaso. Las glóbulos blancos de la sangre después de rodar a lo largo de las paredes de los vasos, disminuyen la velocidad para ayudar en la curación de las áreas inflamadas.

Los investigadores del MIT y el Hospital Brigham y de Mujeres han diseñado un chip clasificador de células que toman ventaja de este mecanismo natural de células rodantes. El dispositivo toma mezclas de células, que fluyen a través de pequeños canales recubiertos con moléculas adhesivas. Células con receptores específicos se unen débilmente a estas moléculas, rodando lejos del resto del flujo, y hacia un recipiente separado.

Los clasificadores de células, aproximadamente del tamaño de sellos postales, se pueden fabricar uno encima de otro para separar muchas células a la vez — una ventaja para los científicos que quieren aislar grandes cantidades de células rápidamente. El dispositivo no requiere necesariamente una bomba externa para empujar las células a través del chip, lo que hace que sea una opción portátil y accesible para su uso en laboratorios o clínicas, donde las muestras de células se pueden tomar y ordenar sin el equipo especializado.

“Estamos trabajando en un dispositivo desechable donde ni siquiera se necesita una bomba de jeringa para llevar a cabo la separación”, dice Rohit Karnik, el Profesor adjunto de Ingeniería Mecánica del MIT. “Usted podría potencialmente comprar un kit de $5 o $10 dólares y obtener las células sin necesidad de ordenar cualquier tipo de instrumento [adicional]”.

Karnik colaboró con el postdoctorado Sung Young Choi del MIT y Jeffrey Karp, co director del Centro de Terapias Regenerativas de Brigham y de la Mujer. El equipo informó de sus hallazgos en un artículo publicado en línea en la revista Lab on a Chip.

Mientras que las tecnologías actuales de clasificación de células separan grandes lotes de células de forma rápida y eficiente, tiene varias limitaciones. La clasificación de células activadas por fluorescencia, una técnica ampliamente utilizada, requiere láseres y voltaje para la clasificación de células basado en su carga eléctrica — un sistema complejo que requiere múltiples partes. Los investigadores también han usado marcadores fluorescentes y perlas magnéticas que se unen a las células deseadas. Haciéndolas fácil de detectar y separar. Sin embargo, una vez recogidas, las células necesitan ser separadas de las perlas y marcadores — un paso adicional que corre el riesgo de modificar las muestras.

Ir con la corriente

El equipo de Karnik diseñó un clasificador de células compacto que no requiere de pasos o partes adicionales. El equipo lo construyó en base a su trabajo del 2007 con Robert Langer del MIT y otros, en el que por primera vez se les ocurrió el principio de la clasificación por la rodadura. Desde entonces, el grupo ha ido convirtiendo el principio en práctica, diseñando un dispositivo funcional para la ordenación de las células. La primera prueba del principio de diseño era relativamente sencilla: Las células fueron inyectadas en una sola entrada, lo que dio paso a una gran cámara recubierta en un lado por moléculas adhesivas que inducen la rodadura. Las células entrantes fluyeron a través de la cámara; las células que se unieron a las moléculas rodaron a un lado, y luego hacia una cámara de recolección.

Sin embargo, los investigadores encontraron que con el fin de permitir que las células objetivo primero se queden en la superficie de cámara, se requerían canales largos, lo que haría el dispositivo demasiado grande. En su lugar, a Choi se le ocurrió un patrón superficial que hace a las células circular dentro de la cámara. El patrón consta de 10 canales paralelos, con 50 crestas y zanjas, cada cresta de aproximadamente 40 micras de altura. Los investigadores recubrieron las crestas con P-selectina, una molécula muy conocida que promueve la rodadura de las células. Después inyectaron dos tipos de células de leucemia: uno con los receptores de la P-selectina, y el otro sin ellos.

Encontraron que una vez inyectadas, las células entraron a la cámara y rebotaron por la parte superior de las crestas, saliendo del chip a través de una toma de corriente. Las células receptoras de P-selectina fueron “atrapadas” por la molécula pegajosa y se volcaron a las trincheras que llevaron a un recipiente aparte. A través de sus experimentos, el equipo recuperó con éxito las células que tenían la intención de separar con una pureza del 96 por ciento.

Karnik dice que el dispositivo puede ser replicado y apilado para ordenar grandes cantidades de células a un costo relativamente bajo. Él y sus colegas esperan poder aplicar el dispositivo para ordenar las demás células sanguíneas, así como cierto tipo de células cancerosas para aplicaciones de diagnóstico y células madre para aplicaciones terapéuticas. Para hacer esto, el equipo está investigando moléculas similares a P-selectina que se unen débilmente a tal célula. En el futuro, Kamik prevé rodadura de células a la medida, diseñando moléculas y superficies que se adhieran débilmente a cualquier tipo célula deseada.

“Realmente es la habilidad de diseñar moléculas para separar las células de interés lo que será poderoso”, dice Karnik. “No hay ninguna razón para creer que no se puede hacer, porque la naturaleza ya lo ha hecho”.

El dispositivo es un “diseño inteligente”, dice Milica Radisic, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Universidad de Toronto, que no participó en esta investigación. Radisic dice que el dispositivo se basa en la hidrodinámica dentro de la cámara, que no requiere equipo externo.

“El diseño es probablemente bueno así como está para la separación de líneas celulares de leucemia”, dice Radisic. “La cuestión es si puede ser adoptado para otros pares receptores/ligandos”.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Sustituyen cerebelo natural por microchip en una rata

Investigadores de la Universidad de Tel Aviv, encabezados por Matti Mintz, lograron sustituir el cerebelo de una rata por un circuito electrónico, con capacidad de realizar las mismas funciones que el cerebelo orgánico vivo. Por el momento sólo es experimental, pero constituye un gran avance en esta área.

Hace algunos años parecía imposible, pero en un futuro próximo cuando esto se perfeccione, podrá ser de gran utilidad para aquellas personas que hayan perdido las funciones propias del cerebelo, que es el encargado de la coordinación y la sintonización de los movimientos del cuerpo.

El microchip que sustituyó el cerebelo de la rata recibe las señales eléctricas provenientes del cerebro, las analiza, interpreta su significado y entonces las envía a las regiones correspondientes.

Fuentes:
http://www.newscientist.com/

Microchip sensor para monitorear tumores

Ingenieros alemanes de la Universidad de Tecnología de Munich, crearon un microchip sensor que se implanta cerca de un tumor y monitorea cambios en el mismo.

El microchip sensor se implanta en los tejidos adyacentes al tumor y mide los niveles de oxígeno disuelto, si éste baja significa que el tumor crece.

El chip tiene pequeños electrodos que sirve para determinar el nivel de oxígeno. Dicho chip está conectado a un pequeño receptor que el paciente puede colocar con facilidad en su bolsillo.

La información se transmite en forma inalámbrica del paciente al médico.

Sven Becker, fue quien encabezó el proyecto, asegura además que los pacientes que usen este dispositivo reducirán sus visitas al hospital.

Fuente:
http://actualidad.rt.com/