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PROGETTAZIONE E CARATTERIZZAZIONE DI UN BIOSENSORE MEMS.
Antoniolli, Francesca
2008-04-23
Contributor(s)
Scuor, Nicola
Abstract
Negli ultimi anni, le cellule sono state oggetto di studio approfondito e, in taluni casi, di esperimenti molto sofisticati. Tuttavia, benché si conosca molto circa la loro struttura, poche sono le informazioni sulla meccanica cellulare e sulla risposta cellulare agli stimoli meccanici. Le cellule, infatti, possono sentire forze meccaniche e convertirle in risposte biologiche, oppure, viceversa, è da tempo noto come segnali biologici e biochimici influenzino l’abilità cellulare nel sentire, generare e sopportare forze di tipo meccanico. Negli ultimi anni sono stati ideati e realizzati svariati meccanismi per l’applicazione di forze meccaniche su cellule e la rilevazione delle conseguenti deformazioni. Questi sistemi, però, presentano dei limiti: - la forza esercitata non è adeguata al fenomeno investigato; - lo studio viene effettuato su un’intera popolazione di cellule; - la forza è esercitata localmente e non sull’intera cellula. Il presente lavoro di tesi, avente come obiettivo primo lo sviluppo, la progettazione e la realizzazione di un dispositivo per la sollecitazione meccanica della singola cellula e la rilevazione delle conseguenti deformazioni, si è focalizzato sullo studio di dispositivi che potessero bypassare i suddetti limiti. La scelta è ricaduta nei Sistemi Micro Elettro Meccanici, dal momento che, oltre ad avere dimensioni compatibili con le caratteristiche cellulari ed assicurare modesti costi realizzativi ed operativi, garantiscono - la possibilità di applicare forze in un ampio range (pN-µN); - la possibilità di effettuare studi sulla singola cellula, ed in particolare su cellule aderenti; - la possibilità di stimolare l’intera cellula, e non soltanto una porzione locale di questa. La prima parte del lavoro è stata rivolta alla messa a punto di dispositivi che, concepiti in maniera analoga a quelle che sono le tradizionali macchine universali per test meccanici, potessero consentire l’ancoraggio della singola cellula su di una piattaforma di geometrie differenti a seconda che si volesse applicare una sollecitazione di trazione uniassiale, biassiale, pluriassiale oppure di taglio. Tali dispositivi tuttavia hanno riscontrato diverse problematiche quando operanti in soluzioni saline quali i medium cellulari. Sono stai quindi concepiti e sviluppati dei nuovi dispositivi che potessero bypassare le problematiche riscontrate con i primi: il MEMS è stato quindi sdoppiato su due outline di 2x2 mm, di cui una ospitante il motore per l’attuazione del dispositivo operante in aria l’altra ospitante la piattaforma per la collocazione della cellula in esame. Per completare il funzionamento di tali dispositivi è stata sviluppata e realizzata con successo una tecnica di collegamento di questi mediante una fibra di carbonio ancorata ai MEMS mediante wire bonding. Infine sono state acquisite e messe a punto la strumentazione e le tecniche che potessero consentire di operare con cellule viventi: è stato individuato un materiale tale da consentire un ancoraggio ottimale della cellula e con il quale si potesse funzionalizzate localmente la piattaforma per la cellula; è stato allestito un laboratorio per colture cellulari presso il Dipartimento dei Materiali e delle Risorse Naturali; è stata messa a punto una tecnica per la manipolazione di singole cellule; sono state infine eseguite alcune preliminari prove di trazione sulla singola cellula.
Insegnamento
Publisher
Università degli studi di Trieste
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