Proyecto final de Grado: Optimización en el desarrollo de microreservorios para liberación pulsátil y controlada de agentes terapéuticos
Fecha
2023
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Resumen
El presente trabajo final consiste en la optimización del sistema de liberación de un sistema microelectromecánico (MEMS) para liberación pulsátil y controlada de agentes terapéuticos. Algunas patologías, como la deficiencia de la hormona de crecimiento, requieren de tratamientos crónicos con esquemas terapéuticos pulsátiles para alcanzar una alta eficacia. Actualmente las formulaciones disponibles no pueden cumplir adecuadamente con estos requerimientos. Por otro lado, por tratarse de métodos de administración manuales, puede ocurrir una disminución de la adherencia al tratamiento, lo que perjudica la eficacia del tratamiento. Es por ello que surge la necesidad de desarrollar sistemas que permitan la liberación de principios activos de manera controlada en el tiempo. Los MEMS podrían ser diseñados y fabricados para cumplir con estas funciones. En este contexto, el proyecto marco plantea el desarrollo de un microdispositivo implantable con microreservorios para la hormona de crecimiento, que puedan ser abiertos de manera selectiva. Al comienzo de este proyecto final, el microdispositivo ya había superado la etapa de diseño y simulación, y debía enfrentarse a los desafíos de la etapa de fabricación. El objetivo de este proyecto es la optimización de la fabricación del sistema de liberación del microdispositivo. Este consiste en microreservorios, generados en una oblea de silicio monocristalino nitrurada y compuestos por una membrana metálica suspendida (formada por un depósito de Pt-Ti-Pt) y contactos eléctricos de cobre para garantizar su apertura de manera selectiva mediante la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico. El trabajo se desarrolló en la sala limpia del Departamento de Micro y Nanotecnología ubicado en el Centro Atómico Constituyentes. Para la microfabricación y optimización del sistema de liberación se hizo uso de diversas técnicas de microfabricación. Estas son: fotolitografía, evaporación de metales, recocido térmico rápido, sputtering, electroplating, ataque por iones reactivos (RIE), y ataque húmedo con hidróxido de potasio (KOH). Para evaluar los resultados obtenidos, se emplearon técnicas de caracterización como la microscopía óptica, perfilometría óptica y mecánica, y elipsometría. Durante el transcurso del proyecto, se fabricó iterativamente el dispositivo con el objetivo de optimizar la fabricación de las estructuras mencionadas. Para esto fue necesario realizar calibraciones y optimizaciones de las distintas técnicas de fabricación, y sortear diferentes obstáculos y dificultades encontradas. Uno de estos obstáculos fue el uso de fotomáscaras de filmina de acetato para las etapas de fotolitografía, lo que conducía a resultados con mala definición y alineación de las estructuras. Se fabricaron nuevas fotomáscaras en cuarzo, de modo de mejorar la morfología de las estructuras. A su vez, se optimizó el proceso de evaporación de metales para conseguir depósitos del espesor deseado. Por otro lado, se evaluó el efecto del tratamiento térmico sobre la resistividad de las membranas metálicas de liberación, de manera de caracterizar dicho valor y encontrar el tratamiento óptimo. Por último, se evaluaron diferentes concentraciones de KOH y obleas nitruradas de distinto fabricante, con el objetivo de optimizar el procedimiento de ataque húmedo para la generación de los microreservorios. Se obtuvieron exitosamente las estructuras mencionadas (membranas metálicas, contactos de cobre, y reservorios) que conformarán el microdispostivo, mediante la utilización de las fotomáscaras diseñadas, alcanzando mejoras sustanciales respecto de las fabricadas con filminas de acetato. Esto es: disminución de irregularidades, deformaciones y defectos en los bordes. Se optimizó el espesor de las membranas metálicas de Pt-Ti-Pt y se caracterizó la resistividad de las mismas, además de evaluar el tratamiento térmico óptimo que minimice dicha resistividad. Por último, se avanzó de manera apreciable en la fabricación de los microreservorios. El proyecto planteó numerosos desafíos y dificultades en las primeras etapas de fabricación del microdispositivo que pudieron ser enfrentados. En tal sentido, las mejoras implementadas, como ser el rediseño de fotomáscaras, la caracterización de la resistividad de las membranas y el trabajo en la generación de reservorios, resultan de suma importancia a la hora de poder continuar con la fabricación del dispositivo final.
Descripción
Palabras clave
MICROFABRICACIÓN, HORMONA DE CRECIMIENTO, MICRORESERVORIOS, AGENTES TERAPÉUTICOS