Bio-MEMS es una abreviatura de sistemas microelectromecánicos biomédicos (o biológicos) . Los Bio-MEMS tienen una superposición considerable y, a veces, se consideran sinónimos de los sistemas de análisis de laboratorio en un chip (LOC) y micro total (μTAS) . Bio-MEMS generalmente se centra más en piezas mecánicas y tecnologías de microfabricación adecuadas para aplicaciones biológicas. Por otro lado, lab-on-a-chip se ocupa de la miniaturización e integración de procesos y experimentos de laboratorio en un solo (a menudo microfluídico) papas fritas. En esta definición, los dispositivos de laboratorio en un chip no tienen estrictamente aplicaciones biológicas, aunque la mayoría las tiene o son susceptibles de ser adaptadas para propósitos biológicos. Del mismo modo, los sistemas de análisis micro total pueden no tener aplicaciones biológicas en mente y, por lo general, se dedican al análisis químico . Se puede utilizar una definición amplia de bio-MEMS para referirse a la ciencia y la tecnología de operar a microescala para aplicaciones biológicas y biomédicas, que pueden incluir o no funciones electrónicas o mecánicas. [2] La naturaleza interdisciplinaria de bio-MEMS combina ciencias de los materiales , ciencias clínicas , medicina , cirugía , ingeniería eléctrica ,ingeniería mecánica , ingeniería óptica , ingeniería química e ingeniería biomédica . [2] Algunas de sus principales aplicaciones incluyen genómica , proteómica , diagnóstico molecular , diagnóstico en el punto de atención , ingeniería de tejidos , análisis de células individuales y microdispositivos implantables. [2]
En 1967, SB Carter informó sobre el uso de islas de paladio evaporadas en la sombra para la unión celular . [3] Después de este primer estudio de bio-MEMS, el desarrollo posterior en el campo fue lento durante unos 20 años. [3] En 1985, Unipath Inc. comercializó ClearBlue , una prueba de embarazo que todavía se usa en la actualidad y que puede considerarse el primer dispositivo de microfluidos que contiene papel y el primer producto de microfluidos en el mercado. [3] En 1990, Andreas Manz y H. Michael Widmer de Ciba-Geigy (ahora Novartis ), Suiza, acuñaron por primera vez el término micro sistema de análisis total (μTAS).en su artículo seminal proponiendo el uso de sistemas miniaturizados de análisis químico total para detección química. [4] Ha habido tres factores de motivación principales detrás del concepto de μTAS. [3] En primer lugar, el descubrimiento de fármacos en las últimas décadas previas a la década de 1990 había sido limitado debido al tiempo y al costo de ejecutar muchos análisis cromatográficos en paralelo en equipos macroscópicos . [3] En segundo lugar, el Proyecto Genoma Humano (HGP) , que comenzó en octubre de 1990, generó una demanda de mejoras en la capacidad de secuenciación del ADN . [3] La electroforesis capilar se convirtió así en un foco de separación química y de ADN.[3] En tercer lugar, DARPA del Departamento de Defensa de EE. UU. Apoyó una serie de programas de investigación de microfluidos en la década de 1990 después de darse cuenta de que era necesario desarrollar microsistemas desplegables en el campo para la detección de agentes químicos y biológicos que eran posibles amenazas militares y terroristas . [5] Los investigadores comenzaron a utilizar equipos de fotolitografía para la microfabricación de sistemas microeletromecánicos (MEMS) heredados de la industria de la microelectrónica . [3]En ese momento, la aplicación de MEMS a la biología era limitada porque esta tecnología estaba optimizada para obleas de vidrio o silicio y utilizaba fotorresistentes a base de solventes que no eran compatibles con material biológico. [3] En 1993, George M. Whitesides , un químico de Harvard , introdujo la microfabricación económica basada en PDMS y esto revolucionó el campo de los bio-MEMS. [3] Desde entonces, el campo de los bio-MEMS se ha disparado. Los principales logros técnicos seleccionados durante el desarrollo de bio-MEMS de la década de 1990 incluyen:
Hoy en día, los hidrogeles como la agarosa , los fotorresistentes biocompatibles y el autoensamblaje son áreas clave de investigación para mejorar los bio-MEMS como reemplazos o complementos del PDMS . [3]